JP2007322139A - 導管内を流れる液体中の気泡流量の定量方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】導管内を流れる液体中の気泡流量を精度良く定量する方法を提供する。
【解決手段】本発明の導管１内を流れる液体中の気泡流量の定量方法は、液体が流れる導管に超音波を発信する送信探触子２および発信された超音波を受信する受信探触子２を装着し、超音波透過法によって導管１内を流れる液体中の気泡流量を定量する方法において、流体流速および透過エコーを測定し、測定した透過エコーから平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間を求め、予め求めておいた流体流速に対する気泡流量と平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間との相関関係から気泡流量を求めることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の導管１内を流れる液体中の気泡流量の定量方法は、液体が流れる導管に超音波を発信する送信探触子２および発信された超音波を受信する受信探触子２を装着し、超音波透過法によって導管１内を流れる液体中の気泡流量を定量する方法において、流体流速および透過エコーを測定し、測定した透過エコーから平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間を求め、予め求めておいた流体流速に対する気泡流量と平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間との相関関係から気泡流量を求めることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、導管内を流れる液体中の気泡流量を精度良く定量する方法に関する。
液体中に空気等の気泡が混入すると種々のトラブルを引き起こす。例えば、血液中に混入すると、体内に気泡を注入することになり、また工業分野で導管内の液体に気泡が流入すると、液体を送液するポンプがキャビテーションを起こしたり、液体が熱媒体の場合には熱効率が低下したりする問題を有しており、導管内を流れる液体中の気泡流量を精度良く定量する必要がある。
導管内を流れる液体中の気泡流量の定量方法として、超音波透過法によって受信強度から超音波の減衰率を求め、減衰率と気泡含有率との関係から気泡含有率を求める方法が知られている（特許文献１参照。）。
しかしながら、この方法では精度が必ずしも良くなく、導管内を流れる液体中の気泡流量を精度良く定量する方法が望まれている。
特開２０００−２０２２０４号公報（図２、図３）
しかしながら、この方法では精度が必ずしも良くなく、導管内を流れる液体中の気泡流量を精度良く定量する方法が望まれている。
本発明の目的は、導管内を流れる液体中の気泡量を精度良く定量する方法に関する。
本発明者等は、導管内を流れる液体中の気泡量を精度良く定量する方法について鋭意検討した結果、超音波透過法によって導管内を流れる液体中の気泡流量を定量する際に、流体流速によって透過エコーが変わり、定量精度に影響すること、流体流速に対する気泡流量と透過エコーから求めた平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間に相関関係があること、従って予め相関関係を求めておき、流体流速および透過エコーを測定して相関関係から気泡流量を精度良く定量できることを見出し、本発明に至った。
すなわち本発明は、液体が流れる導管に超音波を発信する送信探触子および発信された超音波を受信する受信探触子を装着し、超音波透過法によって導管内を流れる液体中の気泡流量を定量する方法において、流体流速および透過エコーを測定し、測定した透過エコーから平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間を求め、予め求めておいた流体流速に対する気泡流量と平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間との相関関係から気泡流量を求めることを特徴とする導管内を流れる液体中の気泡流量の定量方法である。
本発明の方法によって、導管内を流れる液体中の気泡量を、特に気泡量が比較的多い場合に、従来法より精度良く定量することが可能である。
本発明において、透過エコーおよび流体流速は公知の方法で求められる。すなわち、透過エコーは、液体が流れる導管に超音波を発信する送信探触子および発信された超音波を受信する受信探触子を装着し、超音波透過法によって測定して求め、流体流速は流量計を用いて流量を測定し、導管径から求める。
本発明においては、透過エコーの測定に基づいて、平均エコー高さ、エコー消失時間、気泡検出時間を求める。
平均エコー高さは、所定時間測定した透過エコー高さの平均値である。通常、１０秒間の平均値を使用するが、これに限られるものではない。周波数が１ｋＨｚで測定した場合には、１０秒間で１０００１点のデータの平均値を求めることになる。
エコー消失時間は、所定の測定時間内に透過エコー高さが、気泡がない時の１０％未満に低下した時間の合計である。通常、１０秒間内の低下時間の合計を使用するが、これに限られるものではない。
気泡検出時間は、所定の測定時間内に透過エコー高さが、気泡がない時の７５％未満に低下した時間の合計である。通常、１０秒間内の低下時間の合計を使用するが、これに限られるものではない。また、７５％未満は、透過エコー高さのバラツキも考慮して設定したものであり、確実に気泡によって透過エコーの低下が把握できる限り、これに限定されるものではない。
平均エコー高さは、所定時間測定した透過エコー高さの平均値である。通常、１０秒間の平均値を使用するが、これに限られるものではない。周波数が１ｋＨｚで測定した場合には、１０秒間で１０００１点のデータの平均値を求めることになる。
エコー消失時間は、所定の測定時間内に透過エコー高さが、気泡がない時の１０％未満に低下した時間の合計である。通常、１０秒間内の低下時間の合計を使用するが、これに限られるものではない。
気泡検出時間は、所定の測定時間内に透過エコー高さが、気泡がない時の７５％未満に低下した時間の合計である。通常、１０秒間内の低下時間の合計を使用するが、これに限られるものではない。また、７５％未満は、透過エコー高さのバラツキも考慮して設定したものであり、確実に気泡によって透過エコーの低下が把握できる限り、これに限定されるものではない。
平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間は、流体流速に対する気泡流量と相関関係を有している。従って、予め流体流速に対する気泡流量と平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間との相関関係を求めておき、求めようとする流体について透過エコーと流体流速を測定することによって、流体中の気泡流量を求めることができる。平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間のうち、どれを使用するかは、予想される流体流速、気泡流量における測定精度等を勘案して決められる。
この相関関係は、導管径、導管材料および流体の性状によって影響されるので、より精度を上げるためには、求めようとする流体が流れている導管と同じ導管（径、材料）および流体について相関関係を求めておき、それを用いるのが好ましい。
以下、本発明方法を実施例により更に詳細に説明するが、実施例は一態様にすぎず、これにより本発明方法が限定されるものではない。
実施例１
図１に示す測定装置を用いて、流体流速、気泡流量および透過エコーの関係を求めた。
導管１として、気泡の状態が目視にて観察できるように外径３０ｍｍ、内径２６ｍｍのガラス管を用い、水平に配置した。これに水供給管３から水を、空気供給管４から空気を、それぞれ流量を調節して供給した。水は受器６に受け、重量を測定し、水を流した時間から水の流量を求め、流速に換算した。空気の流量はフローメータ５で把握した。水の供給管３および空気供給管としてビニール管を用い、空気の水への注入は、空気供給管の先端を内径０．５ｍｍφの注射針とし、これを空気供給管のビニール管に差し込み、小さな気泡を発生させて行った。
図１に示す測定装置を用いて、流体流速、気泡流量および透過エコーの関係を求めた。
導管１として、気泡の状態が目視にて観察できるように外径３０ｍｍ、内径２６ｍｍのガラス管を用い、水平に配置した。これに水供給管３から水を、空気供給管４から空気を、それぞれ流量を調節して供給した。水は受器６に受け、重量を測定し、水を流した時間から水の流量を求め、流速に換算した。空気の流量はフローメータ５で把握した。水の供給管３および空気供給管としてビニール管を用い、空気の水への注入は、空気供給管の先端を内径０．５ｍｍφの注射針とし、これを空気供給管のビニール管に差し込み、小さな気泡を発生させて行った。
導管１の上下には、超音波探触子２を配置し、超音波探傷器７およびレコーダ８を用いて透過エコーを測定した。
超音波探傷器として、オリンパスNDT社製のModel9100、レコーダとして日置電機社製のメモリハイコーダ8846、超音波探触子としてソナテスト社製のSCM-1/2-5-HT、SCBB-1/2-5.0-15C（周波数：5MHz、直径：0.5inch）、接触媒質としてサーンガス・ニチゴウ社製のソニコートBS400を用いた。
超音波探傷器として、オリンパスNDT社製のModel9100、レコーダとして日置電機社製のメモリハイコーダ8846、超音波探触子としてソナテスト社製のSCM-1/2-5-HT、SCBB-1/2-5.0-15C（周波数：5MHz、直径：0.5inch）、接触媒質としてサーンガス・ニチゴウ社製のソニコートBS400を用いた。
水流量および空気流量を種々変え、周波数は１ｋＨｚで透過エコーを測定し、平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間を求めた。
平均エコー高さとして、１０秒間測定した透過エコー高さデータ(10001点)の平均値を求めた。
エコー消失時間として、１０秒間の測定において透過エコー高さが、気泡がない時の１０％未満に低下した時間の合計値を求めた。
気泡検出時間として、１０秒間の測定において透過エコー高さが、気泡がない時の７５％未満になった時間の合計値を求めた。結果を表１に示す。
平均エコー高さとして、１０秒間測定した透過エコー高さデータ(10001点)の平均値を求めた。
エコー消失時間として、１０秒間の測定において透過エコー高さが、気泡がない時の１０％未満に低下した時間の合計値を求めた。
気泡検出時間として、１０秒間の測定において透過エコー高さが、気泡がない時の７５％未満になった時間の合計値を求めた。結果を表１に示す。
平均エコー高さは空気量が増加するに従って低下するが，水流速が速くなるに従って低下量は減少している。エコー消失時間は空気量の増加に従って長くなるが，水流速が早くなるに従ってその程度は減少している。気泡の検出時間についても空気量の増加に従って長くなるが，水流速が早くなるに従ってその程度は減少している。
これらを図２〜図４に示す。
平均エコー高さ、エコー消失時間、気泡検出時間は、多少データにバラツキはあるものの、水流速に対する気泡流量と相関係数Ｒ２＝０．９程度で良好な相関関係が認められる。
従って、この相関関係を用いて、求めようとする水流について透過エコーと水流速を測定することによって、水流中の気泡流量を求めることができる。
これらを図２〜図４に示す。
平均エコー高さ、エコー消失時間、気泡検出時間は、多少データにバラツキはあるものの、水流速に対する気泡流量と相関係数Ｒ２＝０．９程度で良好な相関関係が認められる。
従って、この相関関係を用いて、求めようとする水流について透過エコーと水流速を測定することによって、水流中の気泡流量を求めることができる。
１ 導管
２ 超音波探触子
３ 水供給管
４ 空気供給管
５ フローメータ
６ 受器
７ 超音波探傷器
８ レコーダ
２ 超音波探触子
３ 水供給管
４ 空気供給管
５ フローメータ
６ 受器
７ 超音波探傷器
８ レコーダ
Claims (1)
- 液体が流れる導管に超音波を発信する送信探触子および発信された超音波を受信する受信探触子を装着し、超音波透過法によって導管内を流れる液体中の気泡流量を定量する方法において、流体流速および透過エコーを測定し、測定した透過エコーから平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間を求め、予め求めておいた流体流速に対する気泡流量と平均エコー高さ、エコー消失時間または気泡検出時間との相関関係から気泡流量を求めることを特徴とする導管内を流れる液体中の気泡流量の定量方法。
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| JP2006149420A JP2007322139A (ja) | 2006-05-30 | 2006-05-30 | 導管内を流れる液体中の気泡流量の定量方法 |
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2006
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