JP2006170870A - パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パイプ内圧の測定誤差をなくして高精度の測定を可能にする。
【解決手段】 超音波発信器(11)から発信された超音波は、超音波発信器側のパイプ(20)の肉厚部を透過し、パイプ内をある圧力で流通する媒体を透過し、超音波受信器側のパイプの肉厚部を透過し、第１透過波として超音波受信(12)で受信される。また、超音波発信器から発信された超音波は、超音波発信器側のパイプの肉厚部を透過し、パイプ内をある圧力で流通する媒体を透過し、超音波受信器側のパイプの内面で反射し、その媒体を再度透過し、超音波発信器側のパイプの内面で反射し、その媒体を再度透過し、超音波受信器側のパイプの肉厚部を透過し、第２透過波として超音波受信で受信される。第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間差を測定すると、超音波が媒体を介してパイプ内を１往復するのにかかった時間がわかる。この時間を媒体の温度に応じて補正し、補正後の時間に基づいてパイプ内圧を演算すれば高精度の測定が可能になる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法に関する。

従来、パイプの内圧を測定する装置および方法として、下記特許文献１に記載されているような技術がある。この技術では、パイプの外周部に振動子と検出器を対向させて取り付け、振動子から出力された超音波がパイプの内面を２回反射して検出器に達するまでの時間を測定することによってパイプの内圧を測定している。
特開２００２−２９６１３３号公報（「００３７」段落〜「００４４」段落、図２〜図５）

しかしながら、上記のような従来のパイプ内圧測定装置および方法では、振動子から超音波が出力された時を基準に、その超音波が振動子側のパイプの肉厚部を透過しパイプ内面を２回反射して検出器側のパイプの肉厚部を透過し検出器で検出されるまでの伝搬時間を測定していたので、測定された伝搬時間には常にパイプの肉厚部の伝播時間が含まれることになり、この伝播時間がパイプ内圧の測定誤差になるという問題がある。

また、伝播時間を測定するにあたり、振動子から超音波が出力された時点をその波形からオシロスコープで設定（時間原点）していたため、実際に超音波が出力された時点とオシロスコープで設定した時間原点とが一致せず、この設定誤差も測定された伝搬時間に含まれることになり、パイプ内圧の測定誤差になるという問題がある。

さらに、パイプ内を流れる媒体の温度によって伝搬時間が変化するにもかかわらず、従来はこの温度を全く考慮せずに伝搬時間の測定を行っていたために、媒体の温度によって測定誤差が変動し、これがパイプ内圧の測定誤差にも変動を生じさせるという問題がある。

本発明は、このような従来の問題を解消するために成されたものであり、超音波発信器からの超音波がパイプの２箇所の肉厚部とパイプ内の媒体を透過して超音波受信器に達した第１透過波と、超音波発信器からの超音波がパイプの２箇所の肉厚部を１回透過しパイプ内の媒体を２回透過して超音波受信器に達した第２透過波との伝搬の時間差を求め、さらに媒体の温度に基づいてその時間差を補正することによって、パイプ内圧の測定を正確に行うことができるパイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法の提供を目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るパイプ内圧測定装置は、パイプの外周部に取り付けた超音波発信器と、当該超音波発信器に対し当該パイプの径方向に対向する前記パイプの外周部に取り付けた超音波受信器と、当該超音波受信器で受信された前記超音波発信器からの超音波が、前記パイプを通過して直接前記超音波受信器に達した第１透過波であるのか、前記パイプを通過する間に前記パイプの内周面に２回反射して前記超音波受信器に達した第２透過波であるのか、を判別する透過波判別手段と、当該第１透過波が受信されてから当該第２透過波が受信されるまでの受信時間を演算する透過波受信時間演算手段と、前記パイプの外周部に取り付けられて前記パイプの温度を検出する管温度センサと、前記パイプの設置場所の雰囲気温度を検出する外気センサと、検出されたパイプの温度と雰囲気温度とから前記パイプ内を流通する媒体の温度を推定し推定された媒体の温度に基づいて前記透過波受信時間演算手段で演算された受信時間を補正する受信時間補正手段と、補正された受信時間から前記パイプの内圧を演算するパイプ内圧演算手段とを備えている。

また、上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るパイプ内圧測定方法は、パイプの外周部に当該パイプの中心軸に対し線対称に超音波発信器と超音波受信器を取り付け、当該超音波発信器から発信された超音波が当該超音波受信器によって受信されるまでの時間を演算することによって、前記パイプの内圧を測定するパイプ内圧測定方法であって、前記超音波発信器から前記パイプの中心軸方向に向けて超音波を発信するステップと、前記パイプを通過して直接前記超音波受信器に達した第１透過波を受信するステップと、前記パイプを通過する間に前記パイプの内周面に２回反射して前記超音波受信器に達した第２透過波を受信するステップと、当該第１透過波が受信されてから当該第２透過波が受信されるまでの受信時間を演算するステップと、前記パイプの温度と前記パイプの設置場所の雰囲気温度とから前記パイプ内を流通する媒体の温度を推定し推定された媒体の温度に基づいて当該受信時間を補正するステップと、補正された受信時間から前記パイプの内圧を演算するステップとを含むことを特徴とする。

超音波発信器から発信された超音波は、超音波発信器側のパイプの肉厚部を透過し、パイプ内をある圧力で流通する媒体を透過し、超音波受信器側のパイプの肉厚部を透過し、第１透過波として超音波受信器で受信される。また、超音波発信器から発信された超音波は、超音波発信器側のパイプの肉厚部を透過し、パイプ内をある圧力で流通する媒体を透過し、超音波受信器側のパイプの内面で反射し、その媒体を再度透過し、超音波発信器側のパイプの内面で反射し、その媒体を再度透過し、超音波受信器側のパイプの肉厚部を透過し、第２透過波として超音波受信器で受信される。第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間差を測定すると、超音波が媒体を介してパイプ内を１往復するのにかかった時間がわかる。

この時間を媒体の温度に応じて補正し、補正後の温度に基づいてパイプ内圧を演算すれば、パイプの肉厚部の伝播時間やオシロスコープによる時間原点の設定誤差、さらには媒体の温度の影響を排除することができ、パイプ内圧の測定精度を格段に向上させることができる。

本発明によれば、媒体の温度をも考慮して第１透過波と第２透過波の時間差を測定するようにしたので、純粋に超音波が媒体を介してパイプ内を１往復するのにかかった時間のみを正確に知ることができ、超音波発信器と超音波受信器の構造部分の伝搬時間、パイプ肉厚部の伝播時間、オシロスコープによる時間原点の設定誤差、パイプ内を流通する媒体の温度の影響が取り除かれてパイプ内圧の測定精度が向上する。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるパイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明のパイプ内圧測定装置が備える超音波発信器と超音波受信器のパイプへの取り付け状態を示す図である。図２は、図１の断面図であり、（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。

図１に示すように、超音波発信器１１はパイプ２０の外周部に取り付けられる。一方、超音波受信器１２は超音波発信器１１に対しパイプ２０の径方向に対向するパイプ２０の外周部に取り付けられる。したがって、超音波発信器１１と超音波受信器１２はパイプ２０の外周部にパイプ２０の中心軸２１に対し線対称に取り付けられることになる。なお、パイプ２０内には所定の圧力の媒体が流通する。

図２に示すように、超音波発信器１１はパイプ２０の外周面と密着する形状に成形された発信面３０を有し、発信面３０にはカップリング剤が塗布されてパイプ２０の外周部に密着される。また、発信面３０はパイプ２０の外周面に対して垂直な方向に振動し、パイプ２０の中心軸２１に向かって線状にパルス状の超音波を発信する。このため、超音波はパイプ２０の外周面から垂直に中心軸２１に向かって入射されることになる。パイプ２０内に入射された超音波は、パイプ２０の肉厚部およびパイプ２０内を流通している媒体を介して、超音波受信器１２に伝搬する。

超音波受信器１２もパイプ２０の外周面と密着する形状に成形された受信面３１を有し、受信面３１にはカップリング剤が塗布されてパイプ２０の外周部に密着され、受信面３１で超音波が受信される。

超音波は、超音波発信器１１からパイプ２０内に垂直に入射されるので、その多くがパイプ２０を透過して受信面３１に達し、その一部がパイプ２０の内面で垂直に２回反射して受信面３１に達する。したがって、超音波受信器１２は、パイプ２０を全く反射せずに通過して直接超音波受信器１２に達した、図２の経路ａを伝搬してきた第１透過波と、パイプ２０を通過する間にパイプ２０の内周面に２回反射して超音波受信器１２に達した、経路ｂを伝搬してきた第２透過波とを検出する。第１透過波は第２透過波よりも早く超音波受信器１２に受信され、その受信強度は第２透過波の受信強度よりも大きい。なお、パイプ２０の肉厚部内において反射する超音波もわずかにあるが、一般的に、パイプ２０および媒体を反射せずに透過するか、またはパイプ２０の内面で繰り返し反射する超音波がほとんどなので、肉厚部内において反射する超音波は無視できる。なお、図示してはいないが、パイプ２０の外周面にはパイプ２０の温度を検出する管温センサも取り付けられる。管温センサの取り付け位置は、内圧の測定誤差を考慮すると、超音波発信器１１及び超音波受信器１２からはあまり離れた位置でないほうが好ましい。

図３は、本発明にかかるパイプ内圧測定装置の概略構成を示すブロック図である。

本発明にかかるパイプ内圧測定装置は、超音波発信器１１、超音波受信器１２、外気センサ１３、管温センサ１４、測定制御装置５０、入力端末器６０およびディスプレイ７０から構成される。超音波発信器１１と超音波受信器１２のパイプ２０への取り付け状態およびそれらの機能は既に詳しく説明してあるのでここでの説明は省略する。外気センサ１３はパイプ２０の設置場所の雰囲気温度を検出するセンサであり、パイプ２０の周辺の気温（外気温）を検出するセンサである。管温センサ１４はパイプ２０の外周部に取り付けられてパイプ２０の温度を検出するセンサである。

測定制御装置５０は、パルス信号発生器５１、閾値記憶部５２、比較部５３、透過波受信時間演算部５４、補正データ記憶部５５、補正時間演算部５６、パイプ内圧演算データ記憶部５７およびパイプ内圧演算部５８から構成される。

パルス信号発生器５１は、超音波発信器１１にパルス状の電気信号を出力するものである。

閾値記憶部５２は、閾値記憶手段として機能するものであって、受信強度の閾値、すなわち、前述の第１透過波を判別するための第１閾値と第２透過波を判別するための第２閾値とを記憶する。なお、第１閾値と第２閾値の値の大きさは異なっており、第２閾値の値方が第１閾値の値よりも小さく設定されている。異なる値に設定したのは受信強度に差がある第１透過波と第２透過波を確実に判別できるようにするためである。第１透過波と第２透過波が確実に判別できるのであれば、第１閾値と第２閾値の値の大きさは同じ値であっても良い。

比較部５３は、比較手段として機能するものであって、超音波受信器１２で受信された超音波の受信強度を閾値記憶部５２に記憶されている第１閾値および第２閾値と比較する。閾値記憶部５２と比較部５３によって透過波判別手段が構成され、閾値記憶部５２と比較部５３が協働することによって、超音波受信器１２で受信された超音波発信器１１からの超音波が、パイプ２０を通過して直接超音波受信器１２に達した第１透過波であるのか、パイプ２０を通過する間にパイプ２０の内周面に２回反射して超音波受信器１２に達した第２透過波であるのかが判断される。

透過波受信時間演算部５４は、比較部５３による比較結果から、第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間を演算する。

補正データ記憶部５５は、推定された媒体の温度と補正時間との関係を記憶しており、補正データ記憶手段として機能する。一般的に、図４に示すように、パイプ２０内を流通する媒体の温度により超音波の伝達速度が変化する。つまり、媒体の温度が高いときには低いときよりも超音波の伝達速度が低下し第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間が長くなる。逆に媒体の温度が低いときには高いときよりも超音波の伝達速度が上昇し第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間が短くなる。媒体の温度による超音波の伝達時間の変化を補正できるようにするため、補正データ記憶部５５には、図５に示すような、推定液温と補正伝搬時間との関係を示したテーブルを記憶してある。

補正時間演算部５６は、管温センサ１４によって検出されたパイプ２０の温度と外気センサ１３によって検出された雰囲気温度、および両温度の差温からパイプ２０内を流通する媒体の温度を推定する機能を有している。パイプ２０とその内部を流れる媒体との熱伝導の関係は図６に示すような電気的な等価回路によって表される。等価回路において、Ｔｈは雰囲気温度を、Ｔ0はパイプの温度を、Ｔｉは推定する液温をそれぞれ示している。また、Ｒ0は外気とパイプとの間の熱抵抗（内部に記憶されている）を、Ｒ1は媒体とパイプとの間の熱抵抗（内部に記憶されている）をそれぞれ示している。補正時間演算部５６は、外気センサ１３によってＴｈが、管温センサ１４によってＴ0がわかっており、また、Ｒ0も記憶しているので、時定数をＫとすると、下記の式を演算することによって熱流Ｑ1を求めることができる。

求めたＱ1にＲ1を掛け、これをＴｈから差し引くとＴｉ、すなわち媒体の温度（推定液温）が求まる。なお、推定する液温としているのは、直接液温を検出しているのではなく、パイプの温度と雰囲気温度とから媒体の温度を演算によって求めているからである。図７には測定データの一例を示してあるが、実温度測定データに示される液温と演算によって求めた推定液温とを比較してみると、その推定温度誤差の数値は無視しうるほどに小さいことがわかる。補正時間演算部５６は、以上のようにして求めた推定液温に基づいて図５に示したテーブルを参照し、補正伝搬時間（補正時間）を求める。

パイプ内圧演算データ記憶部５７は、パイプ内圧演算データ記憶手段を構成し、パイプ２０の内径、パイプ２０の内部を流通する媒体の種類、その媒体の大気圧下における伝搬速度、およびこの伝搬速度を基準とする比速度とパイプ２０の内圧との関係を示すデータを記憶する。比速度と内圧との関係は図８に示すようにほぼ比例関係にある。したがって、比速度と内圧との関係は、ｙ＝Ｆ（ｘ）の一次方程式として記憶されている。この一次方程式に演算された比速度を代入すれば、パイプの内圧が求められる。なお、比速度と内圧との関係を示す一次方程式は媒体の種類によって異なるので、パイプ内圧演算データ記憶部５５にはパイプ２０に流通させる全種類の媒体の一次方程式を記憶させておく。

パイプ内圧演算部５８は、透過波受信時間演算部５４によって演算された時間を補正時間演算部によって求められた補正時間で補正し、補正した後の時間からパイプ２０の内圧を演算する。具体的には、第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間を補正して、その時間とパイプ内圧演算データ記憶部５５に記憶されているパイプ２０の内径とから超音波における媒体の伝搬速度を演算し、パイプ内圧演算データ記憶部５５に記憶されている媒体の伝搬速度と演算された伝搬速度とから比速度を演算し、演算された比速度および記憶されている比速度とパイプの内圧の関係を示すデータ（上記の一次方程式）からパイプ２０の内圧を演算する。この演算によって、パイプ２０内をどのくらいの圧力で媒体が流れているのかを知ることができる。

入力端末器６０は、閾値記憶部５２に記憶させる第１閾値および第２閾値の値の入力、補正時間演算部５６に記憶させるべき時定数Ｋ、外気とパイプとの間の熱抵抗Ｒ0、媒体とパイプとの間の熱抵抗Ｒ1、パイプ内圧演算データ記憶部５７に記憶させるべきパイプ２０の内径、パイプ２０の内部を流通する媒体の種類、その媒体の大気圧下における伝搬速度、およびこの伝搬速度を基準とする比速度とパイプ２０の内圧との関係を示すデータの入力、測定時に測定制御装置５０に与える媒体の種類の入力、測定開始指示の入力などを行うために使用される。

ディスプレイ７０は、閾値記憶部５２、補正データ記憶部５５、パイプ内圧演算データ記憶部５５に記憶されている内容を表示したり、入力端末機６０から入力される内容を表示したり、測定制御装置５０の測定結果を表示したりする。

図９、図１１、図１４〜図１６は、図３に示したパイプ内圧測定装置の動作フローチャートであり、本発明にかかるパイプ内圧測定方法の手順を示している。本発明方法は、超音波発信器から発信された超音波が超音波受信器によって受信されるまでの時間を演算し、その時間をさらに媒体の温度に応じて補正することによってパイプの内圧を測定する従来の測定方法を改善し、より正確にパイプの内圧を測定できるようにしたものである。

請求項６の手順に対応する図９のフローチャートにおいて、まず、超音波発信器１１からパイプ２０の中心軸方向に向けて超音波を発信する。超音波はパルス信号発生器５１からパルス状の電気信号が出力されることによって発信される（Ｓ１）。次に、パイプ２０を通過して直接超音波受信器１２に達した第１透過波を受信する。超音波発信器１１から発信された超音波は、超音波発信器側のパイプ２０の肉厚部を透過し、パイプ内をある圧力で流通する媒体を透過し、超音波受信器側のパイプ２０の肉厚部を透過し、第１透過波として超音波受信器１２で受信される（Ｓ２）。次に、パイプ２０を通過する間にパイプ２０の内周面に２回反射して超音波受信器１２に達した第２透過波を受信する。超音波発信器１１から発信された超音波は、超音波発信器側のパイプ２０の肉厚部を透過し、パイプ内をある圧力で流通する媒体を透過し、超音波受信器側のパイプ２０の内面で反射し、その媒体を再度透過し、超音波発信器側のパイプ２０の内面で反射し、その媒体を再度透過し、超音波受信器側のパイプ２０の肉厚部を透過し、第２透過波として超音波受信器で受信される（Ｓ３）。

超音波受信器１２は、図１０に示すように、まず第１透過波を受信し次に第２透過波を受信する（図１０（Ａ））。第１透過波は第２透過波よりも経路長が短いので、その受信強度は第２透過波の受信強度よりも大きく、その伝播時間は第２透過波の伝播時間よりも短い（図１０（Ａ）、（Ｂ））。

次に、両透過波の受信時間差を演算する。つまり、第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間を演算する。この時間は、透過波受信時間演算部５４によって演算される。図１０（Ｃ）に示す、第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間は、超音波が純瑞に媒体を介してパイプ内を１往復するのにかかった時間である。したがって、この時間には超音波発信器と超音波受信器の構造部分の伝搬時間、パイプ肉厚部の伝播時間、オシロスコープによる時間原点の設定誤差の影響は全く含まれていない（Ｓ４）。そして、次に、管温センサ１４によって検出されたパイプ２０の温度と外気センサ１３によって検出された雰囲気温度、および両温度の差温から、補正時間演算部５６が推定したパイプ２０内を流通する媒体の温度に基づいて、補正データ記憶部５５に記憶されているテーブルを参照し、補正時間を求める。求めた補正時間で両透過波の受信時間差を補正する（Ｓ５）。そして、最後に、補正された受信時間から前記パイプの内圧を演算する（Ｓ６）。

図１１は図９のＳ２のサブルーチンを示すフローチャート、図１４は図５のＳ３のサブルーチンを示すフローチャートである。なお、これらのフローチャートは請求項７および請求項９の手順に対応する。第１透過波の判断は次の手順で行われる。

まず、超音波受信器１２が受信した超音波の受信強度をあらかじめ設定されている第１閾値と比較する（Ｓ１１）。比較部５３は、閾値記憶部５２に記憶されている第１閾値を基準に、超音波受信器１２によって受信された図１２に示すような超音波の受信強度が、第１閾値（図１２では閾値（Ａ）としてある）よりも大きいか小さいかを判断するため、その比較を一定の測定時間Ｔの間行う（Ｓ１１、Ｓ１２：ＮＯ）。受信強度が第１閾値を超えていれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、第１閾値よりも大きな受信強度の超音波が受信されているのであるから、今受信されている超音波を第１透過波であると判断する（Ｓ１３）。次に、比較部５３は、図１３に示してあるように、受信された超音波の受信強度が第１閾値を越えた後この超音波の受信強度が０になった時点に第１透過波が受信されたとする。つまり、受信されている超音波の受信強度が第１閾値を超えた瞬間からその受信強度が０になるのを待ち、受信強度が０になった瞬間を第１透過波の受信時点とする。なお、受信強度が０になったか否かは比較部５３に設けられているゼロクロス判断機能を用いる（Ｓ１４）。なお、図１３は、第２透過波の受信時点の説明に供する図であるが、第１透過波の場合も全く同一の処理によってその受信時点を決めているので、図１３を用いて説明した。

次に，第２透過波の判断は次の手順で行われる。

まず、第１透過波を受信した後、超音波受信器１２が受信した超音波の受信強度をあらかじめ設定されている第２閾値と比較する（Ｓ２１）。比較部５３は、閾値記憶部５２に記憶されている第２閾値を基準に、超音波受信器１２によって受信された図１２に示すような超音波の受信強度が、第２閾値（図１２では閾値（Ｂ）としてある）よりも大きいか小さいかを判断するため、その比較を一定の測定時間Ｔの間行う（Ｓ２１、Ｓ２２：ＮＯ）。受信強度が第２閾値を超えていれば（Ｓ２２：ＹＥＳ）、第２閾値よりも大きな受信強度の超音波が受信されているのであるから、今受信されている超音波を第２透過波であると判断する（Ｓ２３）。次に、比較部５３は、図１３に示してあるように、受信された超音波の受信強度が第２閾値を越えた後この超音波の受信強度が０になった時点に第２透過波が受信されたとする。つまり、受信されている超音波の受信強度が第２閾値を超えた瞬間からその受信強度が０になるのを待ち、受信強度が０になった瞬間を第２透過波の受信時点とする（Ｓ２４）。

図１５は、図９のＳ５のサブルーチンを示すフローチャートである。なお、このフローチャートは請求項１０の手順に対応する。

補正時間演算部５６は、外気センサ１３によって検出された外気温を入力し（Ｓ３１）、同時に管温センサ１４によって検出されたパイプ２０の温度を入力する（Ｓ３２）。そして、入力したこれらの温度、時定数Ｋ、外気とパイプとの間の熱抵抗Ｒ0から上記数式１の演算を行って熱量Ｑ１を求める（図６参照）。そして、求めた熱量Ｑ１に媒体とパイプとの間の熱抵抗Ｒ1を掛け、これをＴｈから差し引いてくと媒体の温度Ｔｉを推定することができる。この温度は、実測値ではないので推定液温である（Ｓ３３）。正時間演算部５６は、以上のようにして求めた推定液温に基づいて補正データ記憶部５５に記憶されている図５に示したテーブルを参照し、下また推定液温に対応する補正伝搬時間（補正時間）を演算する。この補正によって、媒体の常温時における受信時間差が求まることになる（Ｓ３４）。

図１６は、図９のＳ６のサブルーチンを示すフローチャートである。なお、このフローチャートは請求項１１の手順に対応する。

パイプ内圧演算部５８は、パイプ内圧演算データ記憶部５７に記憶されているパイプ内圧演算データを取得する。パイプ内圧演算データは、パイプ２０の内径、パイプ２０の内部を流通する媒体の種類、パイプ２０の内部を流通する媒体の大気圧下における伝搬速度、およびこの媒体の伝搬速度を基準とする比速度とパイプ２０の内圧との関係を示すデータ（一次方程式）である（Ｓ４１）。次に、パイプ内圧演算部５８は、既に補正された、第１透過波が受信されて（第１透過波の受信時点）から第２透過波が受信される（第２透過波の受信時点）までの時間（受信時間差ｔ）とパイプ２０の内径とから超音波におけるこの媒体の伝搬速度を演算する。伝搬速度Ｖは、受信時間差をｔ、パイプ２０の内径をＤとした場合、Ｖ＝２Ｄ／ｔを演算することによって求めることができる（Ｓ４２）。次に、パイプ内圧演算部５６は、パイプ内圧演算データ記憶部５７から取得した伝搬速度と演算された伝搬速度とから比速度を演算する。比速度とは、ある媒体の大気圧下における常温時の伝搬速度と実際に演算された伝搬速度Ｖとの比であり、Ｖ／Ｖ_０を演算することによって求めることができる（Ｓ４３）。そして、最後に、パイプ内圧演算部５６は、演算された比速度を前述の比速度と内圧の関係を示す一時方程式に代入してパイプ２０の内圧を演算する（Ｓ４４）。

以上のように、第１透過波が受信されてから第２透過波が受信されるまでの時間差を測定すると、超音波が常温の媒体を介してパイプ内を１往復するのにかかった時間のみが得られることになり、この時間に基づいてパイプの内圧を測定すれば高精度の測定が可能になる。

なお、以上の実施の形態では、第１閾値の値と第２閾値の値が異なっている場合について説明したが、図１７に示すように、その閾値の値を第２透過波も判断することができるような小さな値に設定すれば、第１閾値の値と第２閾値の値として同一の閾値を用いることも可能になる。ただ、この場合、検出された透過波が第１透過波であるのか、第２透過波であるのかを判断できるような仕組みを追加する必要がある。たとえば、超音波が発信された時点を認識しておき、超音波の発信後最初に検出された透過波を第１透過波、次に検出された透過波を第２透過波とし、以降検出された透過波があればその透過波は無視するようにする。このように処理しないと、検出した透過波が第１または第２のいずれであるのかがわからなくなる。

本発明にかかるパイプ内圧測定装置およびパイプ内圧測定方法は請求項ごとに次のような効果が生じる。

請求項１、２、４、５、６、８、１０または１１に記載の発明によれば、パイプ内の媒体の常温時の伝播時間を知ることができるので、媒体の温度変化、パイプの肉厚部の伝播時間やオシロスコープによる時間原点の設定誤差の影響を排除することができ、パイプ内圧の測定精度を格段に向上させることができる。

請求項３、７または９に記載の発明によれば、第１閾値と第２閾値を用いて第１または第２透過波を判断しているので、その判断を正確に行うことができ、パイプ内圧の測定精度の向上に寄与する。

本発明は、パイプ内圧を高精度で測定しなければならない分野で利用することができる。

本発明のパイプ内圧測定装置が備える超音波発信器と超音波受信器のパイプへの取り付け状態を示す図である。 図１の断面図であり、（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明にかかるパイプ内圧測定装置の概略構成を示すブロック図である。 冷媒の温度により超音波の伝搬速度が変化することの説明に供する図である。 図３の補正データ記憶部に記憶されている、推定液温と補正伝搬時間との関係を示すデータである。 パイプとその内部を流れる媒体との熱伝導の関係を示す電気的な等価回路図である。 実温度測定データと推定液温との比較に供する図である。 図３のパイプ内圧演算データ記憶部に記憶されている、比速度とパイプの内圧の関係を示すデータである。 図３に示したパイプ内圧測定装置の動作フローチャートである。 第１透過波と第２透過波の到達状況を示す図である。 図９のＳ２のサブルーチンを示すフローチャートである。 第１透過波および第２透過波の判断の説明に供する図である。 第２透過波の受信時点の説明に供する図である。 図９のＳ３のサブルーチンを示すフローチャートである。 図９のＳ５のサブルーチンを示すフローチャートである。 図９のＳ６のサブルーチンを示すフローチャートである。 第１透過波および第２透過波の判断の説明に供する図である。

符号の説明

１１…超音波発信器、
１２…超音波受信器、
１３…外気センサ、
１４…管温センサ、
２０…パイプ、
２１…パイプの中心軸、
３０…発信面、
３１…受信面、
５０…測定制御装置、
５１…パルス信号発生器、
５２…閾値記憶部、
５３…比較部、
５４…透過波受信時間演算部、
５５…補正データ記憶部、
５６…補正時間演算部、
５７…パイプ内圧演算データ記憶部、
５８…パイプ内圧演算部、
６０…入力端末器、
７０…ディスプレイ。

Claims (11)

1. パイプの外周部に取り付けた超音波発信器と、
   当該超音波発信器に対し当該パイプの径方向に対向する前記パイプの外周部に取り付けた超音波受信器と、
   当該超音波受信器で受信された前記超音波発信器からの超音波が、前記パイプを通過して直接前記超音波受信器に達した第１透過波であるのか、前記パイプを通過する間に前記パイプの内周面に２回反射して前記超音波受信器に達した第２透過波であるのか、を判別する透過波判別手段と、
   当該第１透過波が受信されてから当該第２透過波が受信されるまでの受信時間を演算する透過波受信時間演算手段と、
   前記パイプの外周部に取り付けられて前記パイプの温度を検出する管温度センサと、
   前記パイプの設置場所の雰囲気温度を検出する外気センサと、
   検出されたパイプの温度と雰囲気温度とから前記パイプ内を流通する媒体の温度を推定し推定された媒体の温度に基づいて前記透過波受信時間演算手段で演算された受信時間を補正する受信時間補正手段と、
   補正された受信時間から前記パイプの内圧を演算するパイプ内圧演算手段と、
   を有することを特徴とするパイプ内圧測定装置。
2. 透過波判別手段は、
   受信強度の閾値を記憶する閾値記憶手段と、
   当該閾値と前記受信された超音波の受信強度を比較する比較手段と、
   を有することを特徴とする請求項１記載のパイプ内圧測定装置。
3. 前記閾値記憶手段は、
   前記第１透過波を判別するための第１閾値と前記第２透過波を判別するための第２閾値とを記憶することを特徴とする請求項２記載のパイプ内圧測定装置。
4. 前記受信時間補正手段は、
   前記推定された媒体の温度と補正時間との関係を記憶する補正データ記憶手段を有し、
   検出されたパイプの温度と雰囲気温度、および両温度の差温から前記パイプ内を流通する媒体の温度を推定し、前記補正手データ記憶手段を参照して求めた補正時間により前記透過波受信時間演算手段で演算された受信時間を補正することを特徴とする請求項１記載のパイプ内圧測定装置。
5. 前記パイプ内圧演算手段は、
   前記パイプの内径、前記パイプの内部を流通する媒体の大気圧下における伝搬速度、および当該伝搬速度を基準とする比速度と前記パイプの内圧との関係を示すデータを記憶するパイプ内圧演算データ記憶手段を有し、
   前記第１透過波が受信されてから前記第２透過波が受信されるまでの時間と記憶されている前記パイプの内径とから前記超音波における当該媒体の伝搬速度を演算し、記憶されている前記媒体の伝搬速度と演算された当該伝搬速度とから比速度を演算し、演算された比速度および記憶されている前記比速度と前記パイプの内圧の関係を示すデータから前記パイプの内圧を演算することを特徴とする請求項１記載のパイプ内圧測定装置。
6. パイプの外周部に当該パイプの中心軸に対し線対称に超音波発信器と超音波受信器を取り付け、当該超音波発信器から発信された超音波が当該超音波受信器によって受信されるまでの時間を演算することによって、前記パイプの内圧を測定するパイプ内圧測定方法であって、
   前記超音波発信器から前記パイプの中心軸方向に向けて超音波を発信するステップと、
   前記パイプを通過して直接前記超音波受信器に達した第１透過波を受信するステップと、
   前記パイプを通過する間に前記パイプの内周面に２回反射して前記超音波受信器に達した第２透過波を受信するステップと、
   当該第１透過波が受信されてから当該第２透過波が受信されるまでの受信時間を演算するステップと、
   前記パイプの温度と前記パイプの設置場所の雰囲気温度とから前記パイプ内を流通する媒体の温度を推定し推定された媒体の温度に基づいて当該受信時間を補正するステップと、
   補正された受信時間から前記パイプの内圧を演算するステップと、
   を含むことを特徴とするパイプ内圧測定方法。
7. 前記第１透過波を受信するステップは、
   前記超音波受信器が受信した超音波の受信強度をあらかじめ設定されている閾値と比較するステップと、
   当該閾値よりも大きな受信強度の超音波が受信されたときには当該超音波を第１透過波であると判断するステップと、
   を含み、
   前記第２透過波を受信するステップは、
   前記超音波受信器が受信した超音波の受信強度をあらかじめ設定されている閾値と比較するステップと、
   当該閾値よりも大きな受信強度の超音波が受信されたときには当該超音波を第２透過波であると判断するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項６記載のパイプ内圧測定方法。
8. 前記第１透過波を判断するときに用いる閾値の値と前記第２透過波を判断するときに用いる閾値の値は異なる値であることを特徴とする請求項７記載のパイプ内圧測定方法。
9. 前記第１透過波を受信するステップは、さらに、
   受信された超音波の受信強度が閾値を越えた後当該超音波の受信強度が０になった時点に前記第１透過波が受信されたとするステップを含み、
   前記第２透過波を受信するステップは、さらに、
   受信された超音波の受信強度が閾値を越えた後当該超音波の受信強度が０になった時点に前記第２透過波が受信されたとするステップを含むことを特徴とする請求項７記載のパイプ内圧測定方法。
10. 受信時間を補正するステップは、
    前記パイプの温度と前記雰囲気温度とを検出するステップと、
    検出されたパイプの温度と雰囲気温度との差温を求めるステップと、
    当該差温に基づいて前記パイプ内を流通する媒体の温度を推定するステップと、
    推定された媒体の温度と補正時間との関係を示す補正データを参照して補正時間を求めるステップと、
    当該補正時間で前記受信時間を補正するステップとからなることを特徴とする請求項６記載のパイプ内圧測定方法。
11. 前記パイプの内圧を演算するステップは、
    前記パイプの内径、前記パイプの内部を流通する媒体の大気圧下における伝搬速度、および当該伝搬速度を基準とする比速度と前記パイプの内圧との関係を示すデータを取得するステップと、
    前記第１透過波が受信されてから前記第２透過波が受信されるまでの前記補正された受信時間と前記パイプの内径とから前記超音波における当該媒体の伝搬速度を演算するステップと、
    取得した当該伝搬速度と演算された当該伝搬速度とから比速度を演算するステップと、
    演算された比速度および前記比速度と前記パイプの内圧の関係を示すデータから前記パイプの内圧を演算するステップとからなることを特徴とする請求項６記載のパイプ内圧測定方法。