JP2006220534A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定誤差が小さい超音波流量計に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter with a small measurement error.
超音波流量計に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
図8は、従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図で、透過型伝搬時間差方式超音波流量計の例である。 FIG. 8 is an explanatory diagram of a main part configuration of a conventional example that is generally used conventionally, and is an example of a transmission type propagation time difference type ultrasonic flowmeter.
図において、1は、測定流体FLが流れる測定管である。
2は、測定管1に設けられた超音波送信器である。
3は、測定管1に設けられた超音波受信器である。
この場合は、超音波送受信器2,3はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)が使用されている。
In the figure,
Reference numeral 2 denotes an ultrasonic transmitter provided in the
Reference numeral 3 denotes an ultrasonic receiver provided in the
In this case, PZT (lead zirconate titanate) is used for the ultrasonic transceivers 2 and 3.
4は、測定管1と超音波送信器2との間に設けられた音響カップリング材よりなるシューである。
5は、測定管1と超音波受信器3との間に設けられた音響カップリング材よりなるシューである。
この場合は、シュー4,5はPEEK材(ポリエーテルエーテルケトン)よりなる。
In this case, the
以上の構成において、超音波送信器2から送信された超音波は、シュー4、測定管1を経て、対向して設置されたシュー5を介して超音波受信器3へと伝搬する。
このさい送信された超音波は必ずしも理想的に広がりの無い波では無い。
また、同様に送信された超音波の一部は、音響インピーダンスの関係で測定管1と測定流体FLの境目で多重反射が生じ、その多重反射波も同様にシュー5へと伝搬する。
In the above configuration, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter 2 propagates to the ultrasonic receiver 3 through the
At this time, the transmitted ultrasonic wave is not necessarily a wave that is not ideally spread.
Similarly, some of the transmitted ultrasonic waves are subjected to multiple reflection at the boundary between the
図8に示す如く、測定管1で屈折して、超音波受信器3に伝搬した超音波a(正規波と呼ぶ)のみにより流速を測定すると、理想的な屈折角度から流速を計算することになる。
このときの屈折角をθ0とすると、流速Vの超音波パス方向成分は、 V×sinθ で求められる。
As shown in FIG. 8, when the flow velocity is measured only by the ultrasonic wave a (referred to as a normal wave) refracted by the
If the refraction angle at this time is θ 0 , the ultrasonic path direction component of the flow velocity V is obtained by V × sin θ.
一方、多重反射を起こした超音波bが、超音波受信器3へ到達する際の液体への入射角度は正規波の入射角より小さくなるため、図9に示す如く、結果的に多重反射波により流速を測定すると、入射角θが正規波に比べ小さいことから、この多重反射波により測定された流速は正規波に比べ低く見積もられることになる。 On the other hand, the incident angle to the liquid when the ultrasonic wave b that has caused the multiple reflection reaches the ultrasonic receiver 3 is smaller than the incident angle of the normal wave, and as a result, as shown in FIG. When the flow velocity is measured by the above, the incident angle θ is smaller than that of the normal wave, so that the flow velocity measured by the multiple reflected waves is estimated to be lower than that of the normal wave.
これらの受信波は図10のように観測されるが、相関法を用いてこの両方の波の相関から流速を求めると、正規波と多重反射波の重ね合わせの誤差(マイナス誤差)Eが生じることになる。
このような誤差は、正規波と多重波は完全に時間軸上で分離可能な場合は、サンプリングウィンドウを正規波のみに制限することで、可能になるが、正規波と多重波が重なっていた場合、時間軸上で初めに到達した波のみを検出するというような分離は困難になる。
These received waves are observed as shown in FIG. 10. However, when the flow velocity is obtained from the correlation between both waves using the correlation method, an error (minus error) E of the superposition of the normal wave and the multiple reflected wave occurs. It will be.
Such an error can be achieved by limiting the sampling window to only the normal wave when the normal wave and the multiple wave are completely separable on the time axis, but the normal wave and the multiple wave overlapped. In this case, separation such as detecting only the wave that reaches first on the time axis becomes difficult.
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、多重反射波を低減するシューを実現し、測定誤差の小さい超音波流量計を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an ultrasonic flowmeter that realizes a shoe that reduces multiple reflected waves and has a small measurement error.
このような課題を達成するために、本発明では、請求項1の超音波流量計においては、
測定管に設けられた超音波送受信器を具備する超音波流量計において、
前記測定管と前記超音波送受信器との間と前記測定管と測定流体との境界面から反射する超音波が前記測定管表面に到達する位置とに設けられ前記測定管の材質の音響インピーダンスと同じまたはそれより大きい材質を有する多重波吸収体を具備したことを特徴とする。
In order to achieve such a problem, in the ultrasonic flowmeter according to
In an ultrasonic flowmeter equipped with an ultrasonic transmitter / receiver provided in a measurement tube,
An acoustic impedance of a material of the measurement tube provided between the measurement tube and the ultrasonic transceiver and at a position where an ultrasonic wave reflected from a boundary surface between the measurement tube and the measurement fluid reaches the measurement tube surface; A multiwave absorber having the same or larger material is provided.
本発明の請求項2においては、請求項1記載の超音波流量計において、
前記多重波吸収体内部で超音波を反射させ、この反射波の特性値から測定値の補正をする補正手段を具備したことを特徴とする。
In Claim 2 of this invention, in the ultrasonic flowmeter of
The present invention is characterized by comprising correction means for reflecting an ultrasonic wave inside the multiwave absorber and correcting a measured value from a characteristic value of the reflected wave.
本発明の請求項3においては、請求項2記載の超音波流量計において、
前記反射波の特性値として、前記反射波の到達時間を利用して測定値の補正をすることを特徴とする請。
According to claim 3 of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to claim 2,
The measurement value is corrected using the arrival time of the reflected wave as the characteristic value of the reflected wave.
本発明の請求項4においては、請求項2記載の超音波流量計において、
前記反射波の特性値として、前記反射波の反射強度を利用して測定値の補正をすることを特徴とする。
According to
The characteristic value of the reflected wave is corrected using the reflection intensity of the reflected wave.
本発明の請求項5においては、請求項1乃至請求項4の何れかに記載の超音波流量計において、
前記多重波吸収体と前記測定管との間に設けられ前記超音波波長より十分に厚さの薄い皮膜を具備したことを特徴とする。
According to
A film provided between the multiwave absorber and the measuring tube and having a thickness sufficiently thinner than the ultrasonic wavelength is provided.
本発明の請求項6においては、請求項1記載の超音波流量計において、
前記多重波吸収体に設けられ超音波を拡散あるいは減衰する拡散減衰手段を具備したことを特徴とする。
According to claim 6 of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to
A diffusion attenuating means for diffusing or attenuating ultrasonic waves is provided in the multiwave absorber.
本発明の請求項7においては、請求項6記載の超音波流量計において、
前記拡散減衰手段は、1/4波長の反射板が使用されたことを特徴とする。
According to claim 7 of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to claim 6,
As the diffusion attenuation means, a quarter wavelength reflector is used.
本発明の請求項8においては、請求項6記載の超音波流量計において、
前記拡散減衰手段は、前記多重波吸収体に設けられた粗面の反射板であることを特徴とする。
According to claim 8 of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to claim 6,
The diffusion attenuating means is a rough reflector provided in the multiple wave absorber.
以上説明したように、本発明の請求項1によれば、次のような効果がある。
多重波の発生を減らすことができるため、誤差が少ない超音波流量計が実現できる。
また、高価なPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)などの材料を減らすことができ、コストダウンが図れる超音波流量計が得られる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the following effects can be obtained.
Since the generation of multiple waves can be reduced, an ultrasonic flowmeter with few errors can be realized.
Moreover, an expensive material such as PEEK (polyetheretherketone) can be reduced, and an ultrasonic flowmeter capable of reducing costs can be obtained.
本発明の請求項2,3,4によれば、次のような効果がある。
多重波吸収体内部で超音波を反射させ、この反射波の特性値から測定値の補正をする補正手段が設けられたので、更に、誤差が少ない超音波流量計が得られる。
According to the second, third, and fourth aspects of the present invention, the following effects can be obtained.
Since the correcting means for reflecting the ultrasonic wave inside the multiwave absorber and correcting the measured value from the characteristic value of the reflected wave is provided, an ultrasonic flowmeter with less errors can be obtained.
本発明の請求項5によれば、次のような効果がある。
多重波吸収体と測定管との間に設けられ、超音波波長より十分に厚さの薄い皮膜が設けられたので、測定管と多重波吸収体の密着性が良好な超音波流量計が得られる。
According to
An ultrasonic flowmeter with good adhesion between the measurement tube and the multi-wave absorber is obtained because it is provided between the multi-wave absorber and the measurement tube and has a coating sufficiently thinner than the ultrasonic wavelength. It is done.
本発明の請求項6によれば、次のような効果がある。
多重波吸収体に設けられ超音波を拡散あるいは減衰する拡散減衰手段が設けられたので、多重反射された超音波が拡散あるいは減衰され、測定誤差が小さい超音波流量計が得られる。
According to claim 6 of the present invention, there are the following effects.
Since the diffusion attenuation means for diffusing or attenuating the ultrasonic waves is provided in the multiwave absorber, the ultrasonic waves reflected and diffused are diffused or attenuated, and an ultrasonic flowmeter with a small measurement error can be obtained.
本発明の請求項7によれば、次のような効果がある。
前記拡散減衰手段は、1/4波長の反射板が使用されたので、1/4波長の反射板は市場性があり、安価で容易に拡散減衰手段が得られる超音波流量計が得られる。
According to claim 7 of the present invention, there are the following effects.
Since the quarter-wave reflector is used as the diffusion attenuation means, the quarter-wave reflector is commercially available, and an ultrasonic flowmeter can be obtained that can easily obtain the diffusion attenuation means at a low cost.
本発明の請求項8によれば、次のような効果がある。
拡散減衰手段は、多重波吸収体に設けられた粗面の反射板であるので、粗面は安価に作り易く、安価な超音波流量計が得られる。
According to claim 8 of the present invention, there are the following effects.
Since the diffusion attenuation means is a rough reflector provided in the multiwave absorber, the rough surface is easy to make inexpensively, and an inexpensive ultrasonic flowmeter can be obtained.
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例の要部構成説明図、図2は図1の動作説明図である。
図において、図8と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図8との相違部分のみ説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the main part of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of FIG.
In the figure, the same symbols as those in FIG. 8 represent the same functions.
Only the difference from FIG. 8 will be described below.
多重波吸収体11は、測定管1と超音波送受信器2,3との間と、測定管1と測定流体FLとの境界面から反射する超音波が、測定管1の表面に到達する位置とに設けられ、測定管1の材質の音響インピーダンスと同じまたはそれより大きい材質を有する。
The multiwave absorber 11 is a position where ultrasonic waves reflected from the interface between the
即ち、シュー4,5の部分の材質は、従来、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)などのプラスチック材であったが、この部分11を測定管1と同じ材質にする。
たとえば、ステンレス材の測定管1に対しては、ステンレス材のシュー11とする。
また、シュー11の長さは、多重反射波がシュー11へと戻るのに十分な長さを有する。
測定管1/流体境界面で反射した超音波は、さらに測定管1の表面で反射するが、その場所に同じ材料で出来たシュー11があるようにする。
That is, the material of the portions of the
For example, a stainless steel shoe 11 is used for a stainless
The length of the shoe 11 is long enough for the multiple reflected waves to return to the shoe 11.
The ultrasonic wave reflected from the
以上の構成において、今、測定管1の材質の密度と音速をρ1、C1、シュー11の密度と音速をρ2、C2とすると、測定管1からシュー11への超音波音圧の透過率Tは、
T=(2ρ2×C2)/(ρ2×C2+ρ1×C1)
で表されるから、配管材質とほぼ同じ音響インピーダンスρCを持つ材料でシュー11を作れば、測定管1表面での反射波をそのままシュー11へと超音波を戻すことができる。
そのシュー11に入った超音波を、シュー11の外側の面などで正規波の伝搬方向とまったく別の方向へと飛ばせば、多重波は減らすことができ、結果的に誤差が少ない計測が可能となる。
In the above configuration, if the density and sound speed of the material of the measuring
T = (2ρ2 × C2) / (ρ2 × C2 + ρ1 × C1)
Therefore, if the shoe 11 is made of a material having substantially the same acoustic impedance ρC as the piping material, the reflected wave on the surface of the measuring
If the ultrasonic wave that enters the shoe 11 is moved in a direction completely different from the propagation direction of the normal wave on the outer surface of the shoe 11, multiple waves can be reduced, and measurement with less error is possible as a result. It becomes.
この結果、多重波の発生を減らすことができるため、誤差が少ない超音波流量計が実現できる。
また、高価なPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)などの材料を減らすことができ、コストダウンが図れる超音波流量計が得られる。
As a result, since the generation of multiple waves can be reduced, an ultrasonic flowmeter with few errors can be realized.
Moreover, an expensive material such as PEEK (polyetheretherketone) can be reduced, and an ultrasonic flowmeter capable of reducing costs can be obtained.
図3は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、多重波吸収体11と測定管1との間に、超音波波長より十分に厚さの薄い皮膜21が設けられている。
金属材よりなるシュー11は金属材よりなる測定管1と接触する場合、細かな傷などで密着性が悪くなる場合が考えられる。
そのためには、シュー11に超音波の波長のオーダーより十分薄い、例えば、テフロン(登録商標)等の皮膜21が設けられたものである。
超音波の波長と比べ、薄くするのは、この層での多重反射を防ぐためである。
測定管1とシュー11の密着性が良好な超音波流量計が得られる。
FIG. 3 is an explanatory view showing the structure of the main part of another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, a coating 21 having a thickness sufficiently thinner than the ultrasonic wavelength is provided between the multiwave absorber 11 and the measuring
When the shoe 11 made of a metal material comes into contact with the measuring
For this purpose, the shoe 11 is provided with a coating 21 such as Teflon (registered trademark) that is sufficiently thinner than the order of the wavelength of ultrasonic waves.
The reason why the thickness is made thinner than the wavelength of the ultrasonic wave is to prevent multiple reflection in this layer.
An ultrasonic flowmeter with good adhesion between the measuring
図4は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、シュー11へ吸収した超音波はさらにシュー11で反射させて、送信に用いた、例えば、圧電素子からなる超音波送信器2へと導いても良い。
その場合、その時間を計測することで、測定管1の厚さ測定や、温度測定、温度補正に利用することができる。
この結果、更に、測定誤差が小さい超音波流量計が得られる。
FIG. 4 is an explanatory view showing the configuration of the main part of another embodiment of the present invention.
In this embodiment, the ultrasonic wave absorbed by the shoe 11 may be further reflected by the shoe 11 and guided to the ultrasonic transmitter 2 that is used for transmission, for example, made of a piezoelectric element.
In that case, by measuring the time, it can be used for thickness measurement, temperature measurement, and temperature correction of the measuring
As a result, an ultrasonic flowmeter with a smaller measurement error can be obtained.
図5は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、測定管1の表面に断面三角形状の多重波吸収体31が設けられ、多重波吸収体31の表面にPEEK材等の音響カップリング体32を介して、例えば、PZT材からなる超音波送信器2が設けられた例である。
FIG. 5 is an explanatory view showing the structure of the main part of another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, a multiwave absorber 31 having a triangular cross section is provided on the surface of the measuring
この結果、超音波の多重反射波bを、超音波送信器2のある位置とまったく異なる場所へ送ることが出来る超音波流量計が得られる。 As a result, an ultrasonic flowmeter capable of sending the multiple reflected waves b of ultrasonic waves to a place completely different from a certain position of the ultrasonic transmitter 2 is obtained.
図6は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、測定管1の表面に設けられた音響カップリング体41を介して超音波送信器2が設けられ、測定管1で多重反射を起こした超音波が測定管1の外表面に出る個所に多重波吸収体42が別個に配置された実施例である。
この結果、多重波吸収体42の量が少なく出来、安価な超音波流量計が得られる。
FIG. 6 is an explanatory view showing the configuration of the main part of another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the ultrasonic transmitter 2 is provided via the acoustic coupling body 41 provided on the surface of the
As a result, the amount of the multiwave absorber 42 can be reduced, and an inexpensive ultrasonic flowmeter can be obtained.
図7は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、拡散減衰手段51が、多重波吸収体52に設けられ多重反射された超音波を拡散あるいは減衰する。
この場合は、拡散減衰手段51は、1/4波長の反射板が使用されている。
この結果、多重反射された超音波が拡散あるいは減衰され、測定誤差が小さい超音波流量計が得られる。
拡散減衰手段51は、1/4波長の反射板が使用されたので、1/4波長の反射板は市場性があり、安価で容易に拡散減衰手段が得られる超音波流量計が得られる。
FIG. 7 is an explanatory view showing the configuration of the main part of another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the diffusion attenuation means 51 diffuses or attenuates the ultrasonic waves provided in the multiwave absorber 52 and subjected to multiple reflections.
In this case, a ¼ wavelength reflector is used as the diffusion attenuation means 51.
As a result, an ultrasonic flowmeter having a small measurement error is obtained by diffusing or attenuating multiple reflected ultrasonic waves.
Since the quarter-wave reflector is used for the diffusion attenuating means 51, the quarter-wave reflector is commercially available, and an ultrasonic flowmeter can be obtained that can easily obtain the diffusion attenuator.
なお、拡散減衰手段51は、多重波吸収体に設けられた粗面の反射板51でも良い、粗面は安価に作り易く、拡散減衰手段51が安価に得られる超音波流量計が得られる。 The diffusion attenuation means 51 may be a rough reflecting plate 51 provided on the multiwave absorber. A rough surface can be easily produced at low cost, and an ultrasonic flowmeter from which the diffusion attenuation means 51 can be obtained at low cost is obtained.
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention.
Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.
1 測定管
2 超音波送信器
3 超音波受信器
4 シュー
5 シュー
a 超音波
b 多重反射を起こした超音波
11 多重波吸収体
21 皮膜
31 多重波吸収体
32 音響カップリング体
41 音響カップリング体
42 多重波吸収体
51 拡散減衰手段
51 1/4λ反射板
52 多重波吸収体
FL 測定流体
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記測定管と前記超音波送受信器との間と前記測定管と測定流体との境界面から反射する超音波が前記測定管表面に到達する位置とに設けられ前記測定管の材質の音響インピーダンスと同じまたはそれより大きい材質を有する多重波吸収体
を具備したことを特徴とする超音波流量計。 In an ultrasonic flowmeter equipped with an ultrasonic transmitter / receiver provided in a measurement tube,
An acoustic impedance of a material of the measurement tube provided between the measurement tube and the ultrasonic transceiver and at a position where an ultrasonic wave reflected from a boundary surface between the measurement tube and the measurement fluid reaches the measurement tube surface; An ultrasonic flowmeter comprising a multiple wave absorber having the same or larger material.
を具備したことを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 2. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising correction means for reflecting an ultrasonic wave inside the multiwave absorber and correcting a measured value from a characteristic value of the reflected wave.
を特徴とする請求項2記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 2, wherein the measurement value is corrected using the arrival time of the reflected wave as the characteristic value of the reflected wave.
を特徴とする請求項2記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 2, wherein the measured value is corrected using the reflection intensity of the reflected wave as the characteristic value of the reflected wave.
を具備したことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の超音波流量計。 The ultrasonic wave according to any one of claims 1 to 4, further comprising a coating provided between the multiwave absorber and the measurement tube and having a thickness sufficiently thinner than the ultrasonic wavelength. Flowmeter.
を具備したことを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising diffusion attenuation means provided on the multiwave absorber for diffusing or attenuating ultrasonic waves.
を特徴とする請求項6記載の超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 6, wherein a ¼ wavelength reflector is used as the diffusion attenuation means.
を特徴とする請求項6記載の超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 6, wherein the diffusion attenuation means is a rough reflector provided in the multiwave absorber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005034083A JP2006220534A (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Ultrasonic flowmeter |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015230260A (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-21 | アズビル株式会社 | Ultrasonic flowmeter and method of attaching ultrasonic flowmeter |
-
2005
- 2005-02-10 JP JP2005034083A patent/JP2006220534A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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