JP2009270882A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波流量計に関し、特には、クランプオン式の超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter, and more particularly to a clamp-on type ultrasonic flow meter.
クランプオン式の超音波流量計(以下、単に「クランプオン流量計」と称する。)は、管部の外面に設置された超音波機器を用いて、管部内を流れる流体の流動速度および流量を測定する。 A clamp-on type ultrasonic flowmeter (hereinafter simply referred to as “clamp-on flowmeter”) uses an ultrasonic device installed on the outer surface of a pipe part to control the flow rate and flow rate of the fluid flowing in the pipe part. taking measurement.
従来のクランプオン流量計では、第1および第2の超音波送受信器(以下、単に「送受信器」と称する。)が、流体の流れ方向に対して斜めに対向するように管部の外面に設置される。 In a conventional clamp-on flow meter, first and second ultrasonic transmitters / receivers (hereinafter simply referred to as “transmitters / receivers”) are formed on the outer surface of the pipe portion so as to be diagonally opposed to the fluid flow direction. Installed.
管部内の流体の流量や流動速度は、第1の送受信器が超音波を送信してから第2の送受信器がその超音波を受信するまでの伝搬時間と、第2の送受信器が超音波を送信してから第1の送受信器がその超音波を受信するまでの伝搬時間と、の差に基づいて計測されていた。この計測方式は、伝搬時間差方式と呼ばれている。 The flow rate and flow velocity of the fluid in the pipe section are the propagation time from when the first transmitter / receiver transmits the ultrasonic wave until the second transmitter / receiver receives the ultrasonic wave, and the second transmitter / receiver receives the ultrasonic wave. Is measured based on the difference between the transmission time from when the first transmitter / receiver transmits the ultrasonic wave until the first transmitter / receiver receives the ultrasonic wave. This measurement method is called a propagation time difference method.
クランプオン流量計では、超音波の送受信を行う機器(例えば、送受信器)の取り付け位置が不正確だと十分な超音波感度が得られず、かつ測定の誤差となる。 In the clamp-on flow meter, if the installation position of an apparatus (for example, a transmitter / receiver) that transmits / receives ultrasonic waves is inaccurate, sufficient ultrasonic sensitivity cannot be obtained and measurement errors occur.
このため、各送受信器が流体の流れ方向に対して斜めに対向するように設置されなければならないクランプオン流量計では、各送受信器の位置決めをする装置が大掛かりとなり、送受信器の取り付けが簡便ではなかった。 For this reason, in a clamp-on flow meter in which each transmitter / receiver must be installed so as to be diagonally opposed to the fluid flow direction, a device for positioning each transmitter / receiver becomes a large-scale device, and the mounting of the transmitter / receiver is simple. There wasn't.
また、第1および第2の送受信器は、流体の流れ方向に対して斜め方向に超音波を送受信する。このため、温度変化によって、超音波の屈折角が変化すると、超音波感度が下がり、計測器としての性能を十分得ることができないという問題があった。特に、流体が、密度の小さい気体である場合、この問題は顕著であった。 The first and second transceivers transmit and receive ultrasonic waves in an oblique direction with respect to the fluid flow direction. For this reason, when the refraction angle of the ultrasonic wave changes due to a temperature change, there is a problem that the ultrasonic sensitivity is lowered and the performance as a measuring instrument cannot be obtained sufficiently. In particular, this problem is significant when the fluid is a gas having a low density.
さらに、伝搬時間差方式は、高精度に時間計測をしなければならず、高い時間分解能を得るために超音波周波数に対して十分に高速なクロックと超音波信号全体を捉える多量のデータ点数を用いて時間計算をする必要があり、計算負荷が大きくなる傾向にあった。 Furthermore, the propagation time difference method requires time measurement with high accuracy, and uses a sufficiently fast clock with respect to the ultrasonic frequency and a large number of data points to capture the entire ultrasonic signal in order to obtain high time resolution. It is necessary to calculate time, and the calculation load tends to increase.
本発明の目的は、超音波機器の取り付けを簡素化でき、温度変化に起因する計測精度の悪化を防止でき、また、流量計算の負荷を少なくすることが可能な超音波流量計を提供することである。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter capable of simplifying the installation of an ultrasonic device, preventing deterioration in measurement accuracy due to a temperature change, and reducing the load of flow rate calculation. It is.
本発明による超音波流量計は、流体が流れる流路を有する管部の外面に、当該管部の軸方向に配列されて設置された複数の超音波検出手段と、前記複数の超音波検出手段のうちの基準超音波検出手段と、前記管部を介して対向するように、当該管部の外面に設置され、当該基準超音波検出手段への方向を送信方向として、超音波を送信する送信手段と、前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記流体の流れによって前記送信方向から偏移した進行方向に進んだ前記超音波の受信位置を特定し、当該受信位置と前記基準超音波検出手段との間の距離に基づいて、前記送信方向と前記進行方向とのなす角度である偏移角を求め、また、当該複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記管部内での音速を求め、当該音速と当該偏移角とに基づいて、前記流体の流量を求める演算手段と、を含む。 The ultrasonic flowmeter according to the present invention includes a plurality of ultrasonic detection means arranged on the outer surface of a pipe portion having a flow path through which fluid flows and arranged in the axial direction of the pipe portion, and the plurality of ultrasonic detection means. Is installed on the outer surface of the pipe part so as to face the reference ultrasonic wave detection means via the pipe part, and transmits the ultrasonic wave with the direction to the reference ultrasonic wave detection means as the transmission direction. And a reception position of the ultrasonic wave traveling in a traveling direction shifted from the transmission direction by the flow of the fluid based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, and the reception position and the reference A deviation angle, which is an angle formed between the transmission direction and the traveling direction, is obtained based on the distance between the ultrasonic detection means, and the tube is obtained based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means. The sound speed in the club is calculated and the sound speed and the bias Based on the angular includes, calculating means for determining the flow rate of the fluid.
上記発明によれば、複数の超音波検出手段と送信手段を、流体の流れ方向に対して斜めに対向するように設置する必要がなくなる。このため、複数の超音波検出手段と送信手段の取り付けを簡素化することが可能になり、温度変化に起因する計測精度の悪化を防止することが可能となる。 According to the above invention, it is not necessary to install the plurality of ultrasonic detection means and the transmission means so as to be diagonally opposed to the fluid flow direction. For this reason, it is possible to simplify the attachment of the plurality of ultrasonic detection means and the transmission means, and it is possible to prevent deterioration in measurement accuracy due to temperature changes.
また、演算手段は、偏移角と管部内での音速とを、複数の超音波検出手段からの出力に基づいて求め、その音速と偏移角とに基づいて、流体の流量を求める。このため、伝搬時間差方式で必要となる、高精度な時間計測を不要にすることが可能になる。 The computing means obtains the deviation angle and the sound velocity in the tube section based on the outputs from the plurality of ultrasonic detecting means, and obtains the fluid flow rate based on the sound speed and the deviation angle. For this reason, it is possible to eliminate the need for highly accurate time measurement, which is necessary in the propagation time difference method.
なお、前記演算手段は、前記受信位置と前記基準超音波検出手段との間の距離と、前記流路の直径と、に基づいて、前記偏移角を求めることが望ましい。 In addition, it is preferable that the calculation unit obtains the deviation angle based on a distance between the reception position and the reference ultrasonic wave detection unit and a diameter of the flow path.
また、前記演算手段は、前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、当該複数の超音波検出手段にて構成される受信面における前記超音波の振幅分布を求め、当該振幅分布に基づいて、前記超音波の受信位置を特定することが望ましい。 Further, the calculation means obtains an amplitude distribution of the ultrasonic waves on a receiving surface constituted by the plurality of ultrasonic detection means based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, and based on the amplitude distribution It is desirable to specify the reception position of the ultrasonic wave.
また、前記演算手段は、前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記振幅分布のとがり度合いを示すとがり係数を求め、当該とがり係数に基づいて、前記管部内での音速を求めることが望ましい。 Further, the calculation means obtains a point coefficient indicating the degree of sharpness of the amplitude distribution based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, and obtains a sound velocity in the pipe portion based on the point coefficient. Is desirable.
前記演算手段は、前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記振幅分布のゆがみ度合いを示すゆがみ係数を求め、当該ゆがみ係数に基づいて、当該振幅分布の良否判別を行うことが望ましい。 The arithmetic means preferably obtains a distortion coefficient indicating a degree of distortion of the amplitude distribution based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, and performs pass / fail judgment of the amplitude distribution based on the distortion coefficient. .
本発明によれば、超音波機器の取り付けを簡素化でき、温度変化に起因する計測精度の悪化を防止でき、また、流量計算の負荷を少なくすることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to simplify the installation of an ultrasonic device, to prevent deterioration in measurement accuracy due to a temperature change, and to reduce the load of flow rate calculation.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態の超音波流量計を示したブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic flowmeter according to an embodiment of the present invention.
図1において、超音波流量計は、複数の受信センサ11〜1n(nは2以上の整数)と、送信センサ2と、演算制御部3と、を含む。演算制御部3は、送受信制御装置(以下、単に「制御装置」と称する。)31と、超音波送信装置(以下、単に「送信装置」と称する。)32と、超音波受信装置(以下、単に「受信装置」と称する。)33と、信号処理装置34と、を含む。
In FIG. 1, the ultrasonic flowmeter includes a plurality of reception sensors 11 to 1n (n is an integer equal to or greater than 2), a transmission sensor 2, and an
受信センサ11〜1nは、複数の超音波検出手段の一例である。受信センサ11〜1nとしては、例えば、超音波振動子が用いられる。 The reception sensors 11 to 1n are an example of a plurality of ultrasonic detection means. As the receiving sensors 11 to 1n, for example, ultrasonic transducers are used.
受信センサ11〜1nは、流体10aが流れる流路10bを有する管部10cの外面10dに、管部10cの軸方向に配列されて設置される。 The receiving sensors 11 to 1n are arranged and arranged in the axial direction of the tube portion 10c on the outer surface 10d of the tube portion 10c having the flow path 10b through which the fluid 10a flows.
各受信センサ11〜1nは、超音波(超音波ビーム)を受信すると、その超音波の強さに応じて振幅が変化する微弱信号(以下、「検出信号」と称する。)を出力する。 When receiving each ultrasonic wave (ultrasonic beam), each of the reception sensors 11 to 1n outputs a weak signal (hereinafter referred to as a “detection signal”) whose amplitude changes according to the intensity of the ultrasonic wave.
本実施形態では、受信センサ11〜1nのうち、配列の中心または中心の近傍に位置する受信センサを、中心受信センサ1cと称する。中心受信センサ1cは、基準超音波検出手段の一例である。 In the present embodiment, among the reception sensors 11 to 1n, a reception sensor located at the center of the array or in the vicinity of the center is referred to as a center reception sensor 1c. The center reception sensor 1c is an example of a reference ultrasonic wave detection unit.
送信センサ2は、送信手段の一例である。送信センサ2としては、例えば、超音波振動子が用いられる。 The transmission sensor 2 is an example of a transmission unit. For example, an ultrasonic transducer is used as the transmission sensor 2.
送信センサ2は、中心受信センサ1cと、管部10cを介して対向するように、管部10cの外面10dに設置される。本実施形態では、送信センサ2は、中心受信センサ1cと、管部10cの軸方向に対して垂直に対向するように配置される。なお、送信センサ2は、中心受信センサ1cと、管部10cの軸方向に対してほぼ垂直に対向するように配置されてもよい。 The transmission sensor 2 is installed on the outer surface 10d of the tube portion 10c so as to face the center reception sensor 1c via the tube portion 10c. In the present embodiment, the transmission sensor 2 is disposed so as to face the center reception sensor 1c perpendicularly to the axial direction of the tube portion 10c. In addition, the transmission sensor 2 may be arrange | positioned so that the center reception sensor 1c may be opposed substantially perpendicularly with respect to the axial direction of the pipe part 10c.
送信センサ2は、送信装置32から送信信号を受け付けると、送信センサ2から管部10cを介して中心受信センサ1cへ向かう方向(図1に示した矢印A方向)を送信方向として、超音波(超音波ビーム)を送信する。
When the transmission sensor 2 receives a transmission signal from the
演算制御部3は、一般的に演算手段と呼ぶことができる。演算制御部3は、各受信センサ11〜1nからの検出信号(出力)に基づいて、流体10aの流量を演算する。
具体的には、演算制御部3は、流体10aの流れ(図1に示した矢印B)によって送信方向(図1に示した矢印A方向)から偏移した進行方向(図1に示した矢印C方向)に進んだ超音波(超音波ビーム)の受信センサ11〜1n上での受信位置Xを、各受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて特定する。
Specifically, the
例えば、演算制御部3は、各受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて、受信センサ11〜1nにて構成される受信面における超音波の振幅分布を求め、その振幅分布に基づいて受信位置Xを特定する。
For example, the
なお、演算制御部3は、各受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて、振幅分布のゆがみ度合いを示すゆがみ係数を求め、そのゆがみ係数に基づいて、振幅分布の良否判別を行ってもよい。
Note that the
演算制御部3は、受信位置Xと中心受信センサ1cとの間の距離(図1に示したδs)を求め、距離δsに基づいて、送信方向と進行方向とのなす角度である偏移角(図1に示した角度θ)を求める。
The
また、演算制御部3は、各受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて、管部10c内での音速を求める。
Moreover, the
例えば、演算制御部3は、各受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて、振幅分布のとがり度合いを示すとがり係数を求め、そのとがり係数に基づいて、管部10c内での音速を求めてもよい。
For example, the
演算制御部3は、音速と偏移角とに基づいて、流体10aの流量を求める。
The
制御装置31は、送信装置32と信号処理装置34に、送信トリガ信号を提供する。また、制御装置31は、受信装置33に、スイッチ切り替え信号を提供する。
The
送信装置32は、制御装置31から送信トリガ信号を受け付けると、送信センサ2に送信信号を提供する。
When receiving a transmission trigger signal from the
受信装置33は、各受信センサ11〜1nと個別に接続可能なスイッチ33aと、増幅器(アンプ)33bと、フィルタ33cとを含む。
The
受信装置33は、制御装置31からスイッチ切り替え信号を受け付けるごとに、スイッチ33aの接続を順次切り替えて、受信センサ11〜1nの個々の検出信号をスキャンし、個々の検出信号を、増幅器33bで増幅し、フィルタ33cでフィルタし、制御装置31に提供する。なお、制御装置31は、受信装置33から受け付けた個々の検出信号を、信号処理装置34に提供する。
Each time the
信号処理装置34は、個々の受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて、各検出信号の振幅のピーク(ピーク電圧)を計測する。
The
信号処理装置34は、ピークの計測結果に基づいて、受信センサ11〜1nにて構成される受信面における超音波(超音波ビーム)の振幅分布を求め、その振幅分布に基づいて、超音波(超音波ビーム)の偏移角、管10c内の音速、および、流体10aの流量等を演算する。
Based on the measurement result of the peak, the
次に、動作を説明する。 Next, the operation will be described.
制御装置31は、例えば、ユーザまたは不図示の管理装置から動作指示を受け付けたり、予め定められた動作時刻になったりすると、送信装置32と信号処理装置34に送信トリガ信号を提供し、また、受信装置33に、予め定められた時間間隔で、スイッチ切り替え信号を順次提供する。
The
送信装置32は、送信トリガ信号を受け付けると、送信センサ2に送信信号を提供する。図2は、送信信号の一例を示した説明図である。
When receiving the transmission trigger signal, the
送信センサ2は、送信信号を受け付けると、管10cの軸方向に対して垂直方向に、具体的には、中心受信センサ1cに向けて(図1に示した矢印A方向)、超音波(超音波ビーム)を送信する。 When the transmission sensor 2 receives the transmission signal, it transmits ultrasonic waves (ultrasonic waves) in a direction perpendicular to the axial direction of the tube 10c, specifically toward the center reception sensor 1c (in the direction of arrow A shown in FIG. 1). Sound wave).
各受信センサ11〜1nは、送信センサ2から送信された超音波(超音波ビーム)を受信すると、検出信号を出力する。 When each of the reception sensors 11 to 1n receives the ultrasonic wave (ultrasonic beam) transmitted from the transmission sensor 2, it outputs a detection signal.
なお、送信センサ2から送信された超音波(超音波ビーム)は、管10c内の流体10aの流れの影響を受けて偏移する(図1に示した矢印C参照)。 Note that the ultrasonic wave (ultrasonic beam) transmitted from the transmission sensor 2 is shifted under the influence of the flow of the fluid 10a in the tube 10c (see arrow C shown in FIG. 1).
よって、流体10aが流れていない場合には、中心受信センサ1cからの検出信号の振幅が、他の受信センサからの検出信号の振幅より大きくなる。 Therefore, when the fluid 10a is not flowing, the amplitude of the detection signal from the center reception sensor 1c is larger than the amplitude of the detection signals from other reception sensors.
図3(a)は、流体10aが流れていない状況で中心受信センサ1cから出力される検出信号(超音波受信信号)の一例を示した説明図である。図3(b)は、流体10aが流れていない状況で両端の受信センサ11と1nから出力される検出信号(超音波受信信号)の一例を示した説明図である。 FIG. 3A is an explanatory diagram showing an example of a detection signal (ultrasonic reception signal) output from the center reception sensor 1c in a state where the fluid 10a is not flowing. FIG. 3B is an explanatory diagram showing an example of detection signals (ultrasonic reception signals) output from the reception sensors 11 and 1n at both ends in a state where the fluid 10a is not flowing.
一方、流体10aが流れている場合には、中心受信センサ1cと異なるある受信センサからの検出信号の振幅が、他の受信センサからの検出信号の振幅より大きくなる可能性が高くなる。 On the other hand, when the fluid 10a is flowing, there is a high possibility that the amplitude of the detection signal from one receiving sensor different from the center receiving sensor 1c is larger than the amplitude of the detection signal from another receiving sensor.
受信装置33では、スイッチ切り替え信号を受け付けるごとに、スイッチ33aが、接続を予め定められた順序で順次切り替えて、受信センサ11〜1nの個々の検出信号をスキャンし、増幅器33bが個々の検出信号を増幅し、フィルタ33cが個々の検出信号をフィルタして、個々の検出信号が、制御装置31に提供される。
In the receiving
図4(a)は、受信装置33が、流体10aが流れていない状況で中心受信センサ1cから出力された検出信号を受け付けた場合に出力する信号(増幅およびフィルタリングされた検出信号)の一例を示した説明図である。
FIG. 4A illustrates an example of a signal (amplified and filtered detection signal) that is output when the
図4(b)は、受信装置33が、流体10aが流れていない状況で両端受信センサ11と1nから出力された検出信号を受け付けた場合に出力する信号(増幅およびフィルタリングされた検出信号)の一例を示した説明図である。
FIG. 4B shows a signal (amplified and filtered detection signal) that is output when the
制御装置31は、受信装置33から受け付けた個々の検出信号を、信号処理装置34に提供する。
The
信号処理装置34は、個々の検出信号を受け付けると、まず、それら検出信号に基づいて、ビーム(超音波)偏移角(図1に示した角度θ)を計算する。
Upon receiving individual detection signals, the
具体的には、信号処理装置34は、まず、中心受信センサ1cの位置を0として、中心受信センサ1cから他の受信センサまでの距離(つまり、中心受信センサ1cの位置を0としたときの各受信センサ11〜1nの位置)を横軸とし、検出信号のピーク電圧(振幅のピーク値)を縦軸とするグラフに、各受信センサ11〜1nからの検出信号のピーク電圧をプロットして振幅分布を求める。
Specifically, the
なお、受信センサ11〜1nの位置は、予め、信号処理装置34に登録されているものとする。また、スイッチ33aの接続順が予め定められているため、信号処理装置34は、受け付けた検出信号がどの受信センサからの出力であるかを認識することができる。
Note that the positions of the reception sensors 11 to 1n are registered in the
図5は、振幅分布の一例を示した説明図である。図5において、振幅分布5aは、流体10aの流れがない場合の振幅分布の一例であり、振幅分布5bは、流体10aが図1に示した矢印B方向に流れている場合の振幅分布の一例である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the amplitude distribution. In FIG. 5, an
続いて、信号処理装置34は、振幅分布のピークを示す位置(横軸での位置)δsを特定する。なお、δsは、受信位置Xを示す座標であると共に、受信位置Xと中心受信センサ1cとの間の距離も表す。
Subsequently, the
続いて、信号処理装置34は、予め登録されている管10cの内径(流路10bの直径)Dと、値(受信位置Xと中心受信センサ1cとの間の距離)δsとを用いて、数1に示した式にしたがって、偏移角θを演算する。
Subsequently, the
続いて、信号処理装置34は、受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて、とがり係数を求める。
Subsequently, the
とがり係数とは、振幅分布をプロットしたときに、振幅分布がどのくらいとがっているのかを示す係数であり、数2に示した式にしたがって演算される。 The pointed coefficient is a coefficient indicating how sharp the amplitude distribution is when the amplitude distribution is plotted, and is calculated according to the equation shown in Equation 2.
なお、nはデータ個数(この場合、受信センサの個数)、σは標準偏差、xiはデータ(この場合、受信センサ1iからの検出信号のピーク値)、 Note that n is the number of data (in this case, the number of reception sensors), σ is the standard deviation, xi is the data (in this case, the peak value of the detection signal from the reception sensor 1i),
は、データの平均値(この場合、受信センサ11〜1iからの検出信号のピーク値の平均値)である。 Is an average value of data (in this case, an average value of peak values of detection signals from the reception sensors 11 to 1i).
信号処理装置34は、数2に示した式にしたがって、とがり係数を演算する。
The
図6は、とがり係数と振幅分布との関係を示した説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the point coefficient and the amplitude distribution.
とがり係数は、超音波ビームの広がりを示し、管10c内の音速に依存することが知られている。このため、信号処理装置34は、とがり係数に基づいて、管10c内の音速を求める。
It is known that the point coefficient indicates the spread of the ultrasonic beam and depends on the speed of sound in the tube 10c. For this reason, the
続いて、信号処理装置34は、受信センサ11〜1nからの検出信号に基づいて、ゆがみ係数を求める。
Subsequently, the
ゆがみ係数とは、振幅分布をプロットしたときに、振幅分布がどのくらいゆがんでいるのかを示す係数であり、数4に示した式にしたがって演算される。 The distortion coefficient is a coefficient indicating how much the amplitude distribution is distorted when the amplitude distribution is plotted, and is calculated according to the equation shown in Equation 4.
信号処理装置34は、数4に示した式にしたがって、ゆがみ係数を演算する。
The
図7は、ゆがみ係数と振幅分布との関係を示した説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the distortion coefficient and the amplitude distribution.
信号処理装置34は、ゆがみ係数を求めることで、流体の乱れ度および偏流度を推定できる。
The
例えば、信号処理装置34は、流体の乱れ度および偏流度を、流体10aの状態監視用に用いる。また、振幅分布のゆがみは、偏移角θの誤差の原因となるため、信号処理装置34は、ゆがみ係数から求めた流体の乱れ度および偏流度を、振幅分布の良否判定に使用する。
For example, the
なお、ゆがみ係数、流体の乱れ度および偏流度は、流量測定に直接使用されないので、信号処理装置34は、ゆがみ係数、流体の乱れ度および偏流度を演算しなくてもよい。
Since the distortion coefficient, the fluid turbulence degree, and the drift degree are not directly used for the flow rate measurement, the
続いて、信号処理装置34は、音速Cと偏移角θとを用いて、数5に示した数式にしたがって、流体10aの流れ方向Bの速度成分Vを演算する。
Subsequently, the
続いて、信号処理装置34は、流体10aの流れ方向Bの速度成分Vと、予め登録されている管路内断面積(管部10cの内周にて規定される面の面積)Aと、を用いて、数6に示した数式にしたがって、流体10aの流量Qを演算する。
Subsequently, the
本実施形態によれば、受信センサ11〜1nと送信センサ2とを、流体10aの流れ方向Bに対して斜めに対向するように設置する必要がなくなる。このため、受信センサ11〜1nと送信センサ2の取り付けを簡素化することが可能になり、温度変化に起因する計測精度の悪化を防止することが可能となる。 According to the present embodiment, it is not necessary to install the reception sensors 11 to 1n and the transmission sensor 2 so as to be diagonally opposed to the flow direction B of the fluid 10a. For this reason, it becomes possible to simplify the attachment of the reception sensors 11 to 1n and the transmission sensor 2, and it is possible to prevent deterioration in measurement accuracy due to temperature changes.
特に、送信センサ2が、中心受信センサ1cと、管部10cの軸方向に対して垂直に対向するように配置される場合、従来の傾けて取り付ける構造よりも簡素かつ設置スペースを小さくすることができる。 In particular, when the transmission sensor 2 is disposed so as to face the central reception sensor 1c perpendicularly to the axial direction of the tube portion 10c, the installation space can be made simpler and smaller than the conventional inclined mounting structure. it can.
この場合、送信センサ2が、中心受信センサ1cと、管部10cの軸方向に対して垂直に対向するように配置され、超音波(超音波ビーム)も、管部10cの軸方向に対して、ほぼ垂直に伝搬するので、温度の変化による影響を受け難くなる。 In this case, the transmission sensor 2 is disposed so as to face the central reception sensor 1c perpendicularly to the axial direction of the tube portion 10c, and an ultrasonic wave (ultrasonic beam) is also directed to the axial direction of the tube portion 10c. Because it propagates almost vertically, it is less susceptible to changes in temperature.
また、演算制御部3は、偏移角と管部10c内での音速とを、各受信センサ11〜1nからの出力に基づいて求め、その音速と偏移角とに基づいて、流体の流量を求める。このため、伝搬時間差方式で必要となる、高精度な時間計測を不要にすることが可能になる。
In addition, the
また、演算制御部3は、流量計算用のパラメータとして各受信センサ11〜1nからの検出信号の最大振幅だけを用いて流量を計算できるので、計算負荷は非常に小さくなる。
Moreover, since the
また、演算制御部3は、振幅分布に関するとがり係数を求めることによって、流体音速の推定を行うことができる。
Further, the
また、演算制御部3は、振幅分布に関するゆがみ係数を求めることによって、流体乱流度の測定・計測値良否判定判断を行うことができる。
In addition, the
以上説明した実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。 In the embodiment described above, the illustrated configuration is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration.
例えば、信号処理装置34は、送信センサ2から超音波が送信されてから、中心受信センサ1cがその超音波を受信するまでの伝搬時間を計測してもよい。信号処理装置34は、この計測結果を、とがり係数から求めた音速の自己診断用として使用する。また、信号処理装置34は、この計測結果から、管10c内の音速Cを求めてもよい。
For example, the
10a 流体
10b 流路
10c 管部
10d 外面
11〜1n 受信センサ
1c 中心受信センサ
2 送信センサ
3 演算制御部
31 送受信制御装置
32 超音波送信装置
33 超音波受信装置
33a スイッチ
33b アンプ
33b フィルタ
34 信号処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a Fluid 10b Flow path 10c Pipe part 10d Outer surface 11-1n Reception sensor 1c Center reception sensor 2
Claims (5)
前記複数の超音波検出手段のうちの基準超音波検出手段と、前記管部を介して対向するように、当該管部の外面に設置され、当該基準超音波検出手段への方向を送信方向として、超音波を送信する送信手段と、
前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記流体の流れによって前記送信方向から偏移した進行方向に進んだ前記超音波の受信位置を特定し、当該受信位置と前記基準超音波検出手段との間の距離に基づいて、前記送信方向と前記進行方向とのなす角度である偏移角を求め、また、当該複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記管部内での音速を求め、当該音速と当該偏移角とに基づいて、前記流体の流量を求める演算手段と、を含む超音波流量計。 A plurality of ultrasonic detection means arranged in the axial direction of the pipe part on the outer surface of the pipe part having a flow path through which the fluid flows;
It is installed on the outer surface of the pipe part so as to face the reference ultrasonic detection means among the plurality of ultrasonic detection means via the pipe part, and the direction to the reference ultrasonic detection means is a transmission direction. Transmitting means for transmitting ultrasonic waves;
Based on the outputs from the plurality of ultrasonic detection means, the reception position of the ultrasonic wave traveling in the traveling direction deviated from the transmission direction by the flow of the fluid is specified, and the reception position and the reference ultrasonic wave detection A deviation angle, which is an angle formed by the transmission direction and the traveling direction, is obtained based on a distance between the plurality of means, and based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, An ultrasonic flowmeter comprising: calculating means for obtaining a sound velocity and obtaining the flow rate of the fluid based on the sound velocity and the deviation angle.
前記演算手段は、前記受信位置と前記基準超音波検出手段との間の距離と、前記流路の直径と、に基づいて、前記偏移角を求める、超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The said calculating means is an ultrasonic flowmeter which calculates | requires the said deviation angle based on the distance between the said receiving position and the said reference | standard ultrasonic detection means, and the diameter of the said flow path.
前記演算手段は、前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、当該複数の超音波検出手段にて構成される受信面における前記超音波の振幅分布を求め、当該振幅分布に基づいて、前記超音波の受信位置を特定する、超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2,
The calculation means obtains an amplitude distribution of the ultrasonic waves on a receiving surface constituted by the plurality of ultrasonic detection means based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, and based on the amplitude distribution, An ultrasonic flowmeter that identifies a reception position of the ultrasonic wave.
前記演算手段は、前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記振幅分布のとがり度合いを示すとがり係数を求め、当該とがり係数に基づいて、前記管部内での音速を求める、超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 3,
The calculation means obtains a point coefficient indicating the degree of sharpness of the amplitude distribution based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, and obtains a sound velocity in the tube portion based on the point coefficient. Flowmeter.
前記演算手段は、前記複数の超音波検出手段からの出力に基づいて、前記振幅分布のゆがみ度合いを示すゆがみ係数を求め、当該ゆがみ係数に基づいて、当該振幅分布の良否判別を行う、超音波流量計。 The ultrasonic flowmeter according to claim 3 or 4,
The calculation means obtains a distortion coefficient indicating a degree of distortion of the amplitude distribution based on outputs from the plurality of ultrasonic detection means, and performs pass / fail judgment of the amplitude distribution based on the distortion coefficient. Flowmeter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008120319A JP2009270882A (en) | 2008-05-02 | 2008-05-02 | Ultrasonic flowmeter |
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JP2008120319A JP2009270882A (en) | 2008-05-02 | 2008-05-02 | Ultrasonic flowmeter |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=41437577
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014507667A (en) * | 2011-03-07 | 2014-03-27 | フレクシム フレクシブレ インドゥストリーメステヒニーク ゲーエムベーハー | Method for ultrasonic clamp-on flow measurement and apparatus for carrying out the method |
JP2016109560A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 東京電力株式会社 | Flow rate measurement device and flow rate measurement method |
-
2008
- 2008-05-02 JP JP2008120319A patent/JP2009270882A/en active Pending
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