JP2008014829A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計 Download PDF

Info

Publication number
JP2008014829A
JP2008014829A JP2006187038A JP2006187038A JP2008014829A JP 2008014829 A JP2008014829 A JP 2008014829A JP 2006187038 A JP2006187038 A JP 2006187038A JP 2006187038 A JP2006187038 A JP 2006187038A JP 2008014829 A JP2008014829 A JP 2008014829A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
measurement tube
fluid
measurement
pair
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.)
Pending
Application number
JP2006187038A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadanori Maoka
忠則 真岡
Yoshitomi Sameda
芳富 鮫田
Yukio Takahashi
幸夫 鷹箸
Kazuya Matsuo
和哉 松尾
Nozomi Nagai
望 長井
Toru Hiroyama
徹 廣山
Hiroshi Ishida
宏 石田
Hiroshi Hattori
浩 服部
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.)
Toshiba Corp
Tokyo Gas Co Ltd
Aichi Tokei Denki Co Ltd
Toho Gas Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Gas Co Ltd
Aichi Tokei Denki Co Ltd
Toho Gas Co 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 Toshiba Corp, Tokyo Gas Co Ltd, Aichi Tokei Denki Co Ltd, Toho Gas Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2006187038A priority Critical patent/JP2008014829A/ja
Publication of JP2008014829A publication Critical patent/JP2008014829A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

【課題】従来の超音波流量計を大幅に改造することなく脈動を吸収することのできる超音波流量計を提供する。
【解決手段】流体が流れる流路の内壁に密着するように配置された所定の肉厚を有する計測管6と、計測管の内部を、超音波が、該計測管の中心軸を通って斜めに横切って伝播するように配置された一対の超音波送受波器5、5とを備え、一対の超音波送受波器間で超音波を送受信して流体の流れの順方向および逆方向における超音波の伝播時間を計測し、該計測された伝播時間の差に基づいて流体の流量を算出する超音波流量計において、計測管6の長さは、一対の超音波送受波器5、5で送受信される超音波の波長の略300倍以下にした。
【選択図】図1

Description

本発明は、気体や液体といった流体の流量を、超音波を用いて計測する超音波流量計に関し、さらに詳しくは、流路内の流速を間欠的に計測して積算流量を推測する推量式の流量計において流体の脈動(圧力変動、流速変動)の影響を低減する技術に関する。
従来、被計測流体を一方から他方に流す計測管と、その計測管の中心線を挟み、且つその中心線に対して所定の角度を有するように対向配置されて相互に超音波の授受を行う一対の超音波送受波器とを備え、計測管の内部を流れる被計測流体の流速を、一対の超音波送受波器の相互間で交互に発射されて受信される超音波の伝播時間差として検出し、この流体速度に計測管の断面積を乗じて流量を算出する超音波流量計が知られている。
この超音波流量計では、様々な要因によって計測管を流れる流体に乱れが生じて脈動となる。この脈動が計測管内で生じると、超音波送受波器の相互間で授受される超音波が流体中を伝播するときに、乱れの境界面で様々な反射や屈折を生じて、超音波の受信波のレベルが変動する。その結果、測定不能に陥ったり、測定精度が悪化する。
このような脈動流に起因する問題を解消するために、特許文献1は、流体の流れが脈動流のような非定常なものである場合においても、流速および流量を高い測定精度で測定することのできる超音波流体計測装置を開示している。
この超音波流体計測装置は、被計測流体が流れる計測流路と、計測流路の被計測流体の流動方向に対し直交する幅方向を超音波が横切って伝播するように計測流路の上流側および下流側にそれぞれ配設された少なくとも一対の超音波送受信器と、被計測流体の流速の変化を検知する流速変化率検知手段と、超音波送受信器の送受信信号の伝播時間差と流速変化率検知手段の検知結果との両方に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えている。
また、特許文献2は、脈動流の影響を抑えつつかつ、計測中の状態変化にも左右されにくい超音波流量計を開示している。この超音波流量計は、脈動周期を検出する検出手段を備え、単位計測工程の実行周期と実行回数の積を周波数検出手段で検出した脈動周期の整数倍となるように、実行周期または実行回数を可変としている。このため、常に脈動周期の整数倍の時間にわたってサンプリングを実行できるので、計測中に脈動周期の変化や温度変化が発生した場合も、その変動の影響を受けにくい流量計測を実現できる。
さらに、特許文献3は、配管内で圧力変動(脈動)が発生してもオリフィス効果によって下流側への脈動を大幅に減少させることができ、計測精度を向上できるとともに、小型で、コストダウンを図ることができる超音波ガスメータを開示している。
この超音波ガスメータは、計測流路の上流側に、ガス流量がない時は磁気力によって閉弁し、ガス流量がある流量以上の時は上流側と下流側の差圧によって開弁する脈動抑制可動弁を有する可変絞り機構を設けることにより配管内で圧力変動(脈動)が発生してもオリフィス効果によって下流側への脈動を減少させ、計測精度を向上させる。
特開2004−20480号公報 特開2004−12333号公報 特開2004−37194号公報
しかしながら、上述した特許文献1〜3に開示された技術では、脈動の減衰、吸収または低減等は可能になるが、何れも大幅な構造的な改良や機器の新たな設置等が必要になるので、コストがかかるという問題がある。
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、従来の超音波流量計を大幅に改造することなく、脈動を吸収することのできる超音波流量計を提供することにある。
本発明に係る超音波流量計は、上記課題を解決するために、流体が流れる流路の内壁に密着するように配置された所定の肉厚を有する計測管と、計測管の内部を、超音波が、該計測管の中心軸を通って斜めに横切って伝播するように配置された一対の超音波送受波器とを備え、一対の超音波送受波器間で超音波を送受信して流体の流れの順方向および逆方向における超音波の伝播時間を計測し、該計測された伝播時間の差に基づいて流体の流量を算出する超音波流量計において、計測管の長さは、一対の超音波送受波器で送受信される超音波の波長の略300倍以下にしたことを特徴とする。
本発明に係る超音波流量計によれば、計測管の長さを、一対の超音波送受波器で送受信される超音波の波長の略300倍以下にしたので、計測管の長さを従来のそれに比べて短くすることができ、大幅な改造をすることなく脈動を吸収することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る超音波流量計を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る超音波流量計の概略的な構造を示す図である。この超音波流量計には、流体入口1から導入された流体を流体出口8から排出する管から成る屈曲した流路10が設けられている。この流路10の流体入口1の近傍には遮断弁2が設けられており、流路10を流れる流体を遮断できるようになっている。
流路10の略中央には、その内壁に密着するように計測管6が配置されており、この計測管6の上流側(流体入口1側)には流体導入路3が形成され、下流側(流体出口8側)には流体排出路7が形成されている。
計測管6は、所定の肉厚を有する長さLの管から構成されており、計測管の長さ(計測流路長)Lは、後述する一対の超音波送受波器5の間で送受信される超音波の波長λの300倍以下となるように設定されている。
また、計測管6の入口側の開口部および出口側の開口部の構造は、計測管6の長手方向の中心軸Cに直交する面に対して対称になっている。このような構造は、計測管6として直管を用いることにより実現できる。
また、計測管6の外側には、超音波が計測管6の内部を、中心軸Cを通って斜めに横切って伝播するように、一対の超音波送受波器5が対向して配置されている。この一対の超音波送受波器5は、超音波をガイドするように流路10の外側に突設されたガイド管9によって支持されている。
上記のように構成される超音波流量計においては、流体入口1から流路10内に導入された流体は、遮断弁2および流体導入路3を経由して計測管6に至り、この計測管6を通過した流体は、流体排出路7を経由して流出口12から排出される。このように流体が流れている状態において、一対の超音波送受波器5は、計測回路11からの指示に応じて超音波を流体中で送受信し、受信した超音波を電気信号に変換し、受信信号として計測回路11に送る。
計測回路11は、一対の超音波送受波器5から送られてくる受信信号に基づき、超音波の順方向(流体の流れ方向)の伝播時間と逆方向(流体の流れと逆の方向)の伝播時間とを算出し、これらの伝播時間の差に基づいて流体の流速を算出する。そして、算出した流速に計測管6の断面積を乗じて体積流量を求める。求められた体積流量が、計測された流体の流量として外部に出力される。
なお、計測回路11は、一対の超音波送受波器5から送られてくる受信信号の周波数の差、つまり超音波を順方向に送受信したときの周波数と逆方向に送受信した時の周波数との差に基づいて流体の流速を算出するように構成することもできる。
図2は、本発明者等が、流路10を流れる流体に人為的に脈流を発生させ、計測管6の長さ(計測流路長)Lに対する流速変動の大きさ(au)を調べた結果を示す。図2に示すように、計測流路長Lが超音波の波長λに対して、約300λ、例えば300±30λ以下の時に、流速変動が小さくなることがわかる。
これは、計測流路長Lが短いため、流れの広がりを抑えることができると同時に、計測流路長Lによる流速変動の増幅効果が抑制されるためである。従って、上述したように、計測流路長Lを、一対の超音波送受波器5で送受信される超音波の波長λの約300倍、例えば300±30倍以下にすることにより、計測管6の長さを従来のそれに比べて短くすることができるので、大幅な改造をすることなく脈動を吸収することができる。
また、計測管6の入口側と出口側の開口部とを、計測管6の中心軸Cに直交する面に対して対称になるような構造にしたので、流体の流れの乱れを抑えることができるという効果が得られる。
本発明の実施例2に係る超音波流量計は、一対の超音波送受波器5の間で送受される超音波の伝播方向と計測管6の中心軸Cとがなす角度θが3度以上になるように、一対の超音波送受波器5を配置したものである。
計測管6の内部に形成される測定流路を流れる流体の速度は、一般に、図3(c)に示すように、中央部では速く、周囲になるに従って遅くなるという分布を有する。従って、図3(a)に示すように、超音波の伝播方向と計測管6の内部に形成される測定流路の中心軸Cとがなす角度θが小さい(角度θ1)場合は、例えば図3(b)に示すように、超音波は測定流路の中央部だけしか通過しない。その結果、測定流路を流れる流体の正確な速度を計測できない。
これに対し、図3(a)に示すように、超音波の伝播方向と計測管6の内部に形成される測定流路の中心軸Cとがなす角度θが大きい(角度θ2)場合は、図3(c)に示すような分布の全範囲にわたって超音波が通過する。その結果、測定流路の全範囲における流速が反映され、測定流路を流れる流体の正確な速度を計測できる。
なお、一般的には、角度θは、使用される超音波の波長λに基づいて決定される計測管6の長さL(超音波の波長λの300±30倍以下)と、計測管6の最大内径Dとを用いて、下記式(1)に従って決定される。
θ=tan−1(D/L)…(1)
超音波の波長λとし、計測管6の長さLを波長λの300倍とし、計測管6の最大内径Dとすると、角度θは約3゜となる。従って、一対の超音波送受波器5の間における超音波の伝播方向と計測管6の中心軸Cとがなす角度を3度以上に設定することにより、測定流路を流れる流体の正確な速度を計測できる。
本発明の実施例3に係る超音波流量計は、計測管6の構造の改良により、流体の脈動を抑えるようにしたものである。実施例3に係る超音波流量計は、図4に示すように、計測管6の入口側の開口部および出口側の開口部に、計測管6の内壁から流路10の内壁に向けてテーパを有する庇4が形成されることにより構成されている。
実施例3に係る超音波流量計によれば、計測管6の入口および出口における流体の流れが絞られてオリフィス効果が発揮される。その結果、計測管6の内部において発生される脈動が吸収される。
なお、実施例3に係る超音波流量計においては、図5に示すように、計測管6の入口側および出口側にメッシュ状の部材12をさらに配置して構成することができる。この構成によれば、メッシュ状の部材12により流れが乱され、流速分布が平均化されるため、脈動の影響を低減できる。
また、実施例3に係る超音波流量計においては、図6に示すように、計測管6と庇4との接続部は、例えば曲率半径が2mm以下の曲面になるように面取りして構成することができる。この構成によれば、計測管6の出口部での流れの広がりを小さくすることができ、脈流を抑制することができる。
本発明の超音波流量計は、例えば、ガスの流量を計測する超音波ガスメータ等に適用可能である。
本発明の実施例1に係る超音波流量計の概略的な構造を示す図である。 流路を流れる流体に人為的に脈流を発生させた場合の、計測管の長さに対する流速変動の大きさを示す図である。 本発明の実施例2に係る超音波流量計における測定流路と超音波の伝播方向との関係を説明するための図である。 本発明の実施例3に係る超音波流量計において使用される計測管の構造を示す図である。 本発明の実施例3に係る超音波流量計の変形例の構造を示す図である。 本発明の実施例3に係る超音波流量計の他の変形例の構造を示す図である。
符号の説明
1 流体入口
2 遮断弁
3 流体導入路
4 庇
5 超音波送受波器
6 計測管
7 流体排出路
8 流体出口
9 ガイド管
10 流路
11 計測回路
12 メッシュ状の部材

Claims (6)

  1. 流体が流れる流路の内壁に密着するように配置された所定の肉厚を有する計測管と、
    前記計測管の内部を、超音波が、該計測管の中心軸を通って斜めに横切って伝播するように配置された一対の超音波送受波器とを備え、
    前記一対の超音波送受波器間で超音波を送受信して流体の流れの順方向および逆方向における超音波の伝播時間を計測し、該計測された伝播時間の差に基づいて流体の流量を算出する超音波流量計において、
    前記計測管の長さは、前記一対の超音波送受波器で送受信される超音波の波長の略300倍以下であることを特徴とする超音波流量計。
  2. 前記一対の超音波送受波器の間における超音波の伝播方向と前記計測管の中心軸とがなす角度は、前記計測管の長さをL、最大内径をDとした場合に、下式(1)
    θ=tan−1(D/L)…(1)
    に従って求められる角度θ以上であることを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。
  3. 前記計測管の入口側の開口部と出口側の開口部とは、該計測管の中心軸に直交する面に対して対称な構造を有することを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。
  4. 前記計測管の入口側の開口部および出口側の開口部には、該計測管の内壁から前記流路の内壁に向けたテーパを有する庇が形成されていることを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。
  5. 前記計測管と前記庇との接続部は、所定値以下の曲率半径を有する曲面になるように面取りされていることを特徴とする請求項4記載の超音波流量計。
  6. 前記計測管の入口側および出口側にメッシュ状の部材を備えたことを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。
JP2006187038A 2006-07-06 2006-07-06 超音波流量計 Pending JP2008014829A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006187038A JP2008014829A (ja) 2006-07-06 2006-07-06 超音波流量計

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006187038A JP2008014829A (ja) 2006-07-06 2006-07-06 超音波流量計

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008014829A true JP2008014829A (ja) 2008-01-24

Family

ID=39071981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006187038A Pending JP2008014829A (ja) 2006-07-06 2006-07-06 超音波流量計

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008014829A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038264A (ja) * 2014-08-06 2016-03-22 関西電力株式会社 気体用外付式超音波流量計及び気体流量計測方法
CN107063366A (zh) * 2011-10-06 2017-08-18 诺信公司 粉末流检测
JP2019178946A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 矢崎エナジーシステム株式会社 流量測定装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006189331A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Tokyo Electric Power Co Inc:The 超音波流量計測装置およびその流量計測方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006189331A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Tokyo Electric Power Co Inc:The 超音波流量計測装置およびその流量計測方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107063366A (zh) * 2011-10-06 2017-08-18 诺信公司 粉末流检测
JP2016038264A (ja) * 2014-08-06 2016-03-22 関西電力株式会社 気体用外付式超音波流量計及び気体流量計測方法
JP2019178946A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 矢崎エナジーシステム株式会社 流量測定装置
JP7036648B2 (ja) 2018-03-30 2022-03-15 矢崎エナジーシステム株式会社 流量測定装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008134267A (ja) 超音波流量測定方法
JP5046330B2 (ja) 超音波流量計及び超音波送受波器ユニット
US9618371B2 (en) Ultrasonic flowmeter, flow velocity measurement method, and flow velocity measurement program
JP4535065B2 (ja) ドップラー式超音波流量計
JP2008128825A (ja) 超音波流量計
JP2008014829A (ja) 超音波流量計
US6820500B2 (en) Small pipe bore ultrasonic flowmeter detector
JP2014077750A (ja) 超音波メータ
JP2017116458A (ja) 超音波流量計
JP2010223855A (ja) 超音波流量計
JP2011038870A (ja) 超音波流量計およびこれを用いた流速測定方法
US20230243682A1 (en) Ultrasonic flow measurement
JP2935944B2 (ja) 超音波流量計ユニット
JP2014077653A (ja) 超音波流量計
JP2005091332A (ja) 超音波流量計
JP2005257611A (ja) 流体の流れ計測装置
JP2005180988A (ja) 超音波流量計
JP4561071B2 (ja) 流量計測装置
RU2517996C1 (ru) Датчик ультразвукового расходомера
JP7373772B2 (ja) 物理量計測装置
JP3503578B2 (ja) 流量計測装置
JPH0915012A (ja) 超音波流量計
KR101119998B1 (ko) 다회선 외벽부착식 초음파 트랜스듀서
JP3627729B2 (ja) 流量計測装置
JP2011247653A (ja) 超音波流量計

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090409

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100303

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120110

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120605