JP2010256075A - Flowmeter and method of measuring flow rate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測管内を任意の温度及び圧力で流れる気体の流速を、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式を使用して、予め定めた標準温度及び標準圧力で流れる標準流量等に変換して計測する流量計及び流量計測方法に関する。 The present invention converts the flow velocity of a gas flowing through a measuring tube at an arbitrary temperature and pressure into a standard flow rate flowing at a predetermined standard temperature and pressure using a relational expression based on Boyle-Charles' law. The present invention relates to a flow meter to measure and a flow measurement method.
従来、この種の流量計として、温度センサー及び圧力センサーにて検出した温度及び圧力と流量計本体にて計測した流速とをボイル・シャルルの法則に基づく関係式に代入して標準流量に演算するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of flow meter, the temperature and pressure detected by the temperature sensor and the pressure sensor and the flow velocity measured by the flow meter body are substituted into the relational expression based on Boyle-Charles' law, and the standard flow rate is calculated. Those are known (for example, see Patent Document 1).
ところが、上述した従来の流量計を、例えば都市ガスの配管網の複数位置に取り付けると、ガス供給元で検出した標準流量と配管網の末端部分の複数位置で検出した標準流量との総和にずれが生じる場合があった。即ち、上述した従来の流量計では、標準流量が正確に計測できていなかった。 However, if the conventional flowmeters described above are attached to, for example, a plurality of positions in a city gas piping network, the sum of a standard flow rate detected at a gas supply source and a standard flow rate detected at a plurality of positions at the end of the piping network is shifted. May occur. That is, the conventional flow meter described above cannot accurately measure the standard flow rate.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、標準流量等を安定して正確に計測可能な流量計及び流量計測方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flow meter and a flow rate measuring method capable of measuring a standard flow rate stably and accurately.
従来の流量計の計測誤差を解析したところ流速が増すに従って計測誤差が大きくなることが判明した。この点から、流速の影響を考慮した演算を行って標準流量等を計測する以下の発明を完成するに至った。 Analysis of the measurement error of a conventional flow meter revealed that the measurement error increased as the flow velocity increased. From this point, the following invention for measuring the standard flow rate and the like by performing calculation in consideration of the influence of the flow velocity has been completed.
請求項1の発明は、計測管内の気体の流速を検出可能な流速検出部と、計測管内の気体の静圧を検出可能な静圧検出部と、流速から気体の動圧を演算する動圧演算部と、静圧及び動圧の和で全圧を演算する全圧演算部と、計測管内の気体の温度を検出可能な温度検出部と、流速検出部、温度検出部及び全圧演算部にて検出した実際の流速、実際の温度及び実際の全圧と、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、標準単位流量に計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換する標準変換部とを備えたことを特徴とする流量計である。 The invention of claim 1 is a flow rate detection unit capable of detecting a flow rate of gas in a measurement tube, a static pressure detection unit capable of detecting a static pressure of gas in the measurement tube, and a dynamic pressure for calculating the dynamic pressure of the gas from the flow rate. A calculation unit, a total pressure calculation unit that calculates the total pressure by the sum of static pressure and dynamic pressure, a temperature detection unit that can detect the temperature of the gas in the measurement tube, a flow rate detection unit, a temperature detection unit, and a total pressure calculation unit Using the actual flow velocity, actual temperature, and actual total pressure detected in Step 1, and the relational expression based on Boyle-Charles' law, the actual flow velocity is measured at a predetermined standard temperature and standard total pressure. A flow meter characterized by comprising a standard conversion unit for converting to a standard unit flow rate of gas flowing in a unit area or converting to a standard flow rate obtained by multiplying the standard unit flow rate by the inner cross-sectional area of the measuring tube. is there.
請求項2の発明は、標準温度をT0、標準全圧をP0、標準温度T0及び標準全圧P0下の気体の密度である標準密度をρ0、実際の温度をT1、静圧をP1、動圧をP2、実際の温度T1及び実際の全圧下の気体の密度である計測時密度をρ1、実際の流速をVとすると、動圧演算部は、下記式(1),(2)に基づいて計測時密度ρ1及び動圧P2を演算することを特徴とする請求項1に記載の流量計である。 In the invention of claim 2, the standard temperature is T0, the standard total pressure is P0, the standard temperature which is the density of the gas under the standard temperature T0 and the standard total pressure P0 is ρ0, the actual temperature is T1, the static pressure is P1, Assuming that the pressure is P2, the actual temperature T1 and the measured density which is the density of the gas under the actual total pressure is ρ1, and the actual flow velocity is V, the dynamic pressure calculation unit is based on the following equations (1) and (2). The flowmeter according to claim 1, wherein the density during measurement ρ1 and the dynamic pressure P2 are calculated.
請求項3の発明は、流速検出部は、計測管の軸方向の異なる2位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第1と第2の超音波送受波器と、第1から第2の超音波送受波器への超音波の第1伝播時間と第2から第1の超音波送受波器への超音波の第2伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備えて、第1と第2の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をL、第1伝播時間をt1、第2伝播時間をt2とすると、下記式(3)に基づいて流速Vを演算するように構成されると共に、超音波の音速をCとすると、下記式(4)に基づいて超音波の音速Cを演算する音速演算部と、音速Cに基づいて計測管内を流れる気体の種類に応じた標準密度を特定する標準密度特定部とを備えたことを特徴とする請求項2に記載の流量計である。 According to a third aspect of the present invention, the flow velocity detectors are arranged at two different positions in the axial direction of the measurement tube, and the first and second ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving ultrasonic waves in both directions, A propagation time measuring unit for measuring the first propagation time of the ultrasonic wave from the first to the second ultrasonic transducer and the second propagation time of the ultrasonic wave from the second to the first ultrasonic transducer. If the distance in the axial direction of the measuring tube between the first and second ultrasonic transducers is L, the first propagation time is t1, and the second propagation time is t2, the following equation (3) is used. It is configured to calculate the flow velocity V, and when the ultrasonic sound velocity is C, the sound velocity calculation unit that calculates the ultrasonic sound velocity C based on the following equation (4), and the inside of the measurement tube based on the sound velocity C are calculated. The flowmeter according to claim 2, further comprising a standard density specifying unit that specifies a standard density according to a type of flowing gas. That.
請求項4の発明は、流速検出部は、計測管の軸方向の異なる2位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第1と第2の超音波送受波器と、第1から第2の超音波送受波器への超音波の第1伝播時間と第2から第1の超音波送受波器への超音波の第2伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備え、第1と第2の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をL、第1伝播時間をt1、第2伝播時間をt2、実際の流速をVとすると、上記式(3)に基づいて流速Vを演算するように構成されると共に、超音波の音速をCとすると、上記式(4)に基づいて超音波の音速Cを演算する音速演算部と、気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備え、温度計測部は、音速演算部にて演算した音速Cに基づいて音速・温度データテーブルから実際の温度を特定することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1の請求項に記載の流量計である。 According to a fourth aspect of the present invention, the flow velocity detectors are arranged at two different positions in the axial direction of the measurement tube, and the first and second ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving ultrasonic waves in both directions, A propagation time measuring unit for measuring the first propagation time of the ultrasonic wave from the first to the second ultrasonic transducer and the second propagation time of the ultrasonic wave from the second to the first ultrasonic transducer. When the distance in the axial direction of the measuring tube between the first and second ultrasonic transducers is L, the first propagation time is t1, the second propagation time is t2, and the actual flow velocity is V, the above formula ( 3) The flow velocity V is configured to be calculated based on 3), and the sound velocity calculation section for calculating the ultrasonic sound velocity C based on the above equation (4), and the temperature of the gas, where C is the ultrasonic sound velocity. And a sound speed / temperature data table that correlates the sound speed according to the temperature, and the temperature measurement section uses the sound speed calculated by the sound speed calculation section. A flow meter according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to determine the actual temperature from the sound velocity and temperature data table based on.
請求項5の発明は、計測管内の気体の流速、静圧、動圧及び温度を検出し、それら検出した実際の静圧と実際の動圧との和である実際の全圧と実際の流速と実際の温度とボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、標準単位流量に計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換して計測することを特徴とする流量計測方法である。 The invention of claim 5 detects the flow velocity, static pressure, dynamic pressure and temperature of the gas in the measuring tube, and the actual total pressure and the actual flow velocity which are the sum of the detected actual static pressure and the actual dynamic pressure. And the actual temperature and the relational expression based on Boyle-Charles' law, the actual flow velocity is converted into the standard unit flow rate of the gas flowing in the unit area in the measuring tube at the predetermined standard temperature and standard total pressure. Alternatively, the flow rate measurement method is characterized in that it is converted into a standard flow rate obtained by multiplying the standard unit flow rate by the inner cross-sectional area of the measurement tube.
請求項6の発明は、標準温度をT0、標準全圧をP0、標準温度T0及び標準全圧P0下の気体の密度である標準密度をρ0、実際の温度をT1、静圧をP1、動圧をP2、実際の全圧をP3、実際の温度T1及び実際の全圧P3下の気体の密度である計測時密度をρ1、実際の流速をVとすると、上記式(1),(2)に基づいて計測時密度ρ1及び動圧P2を演算することを特徴とする請求項5に記載の流量計測方法である。 In the invention of claim 6, the standard temperature is T0, the standard total pressure is P0, the standard temperature which is the density of the gas under the standard temperature T0 and the standard total pressure P0 is ρ0, the actual temperature is T1, the static pressure is P1, When the pressure is P2, the actual total pressure is P3, the actual temperature T1 and the density at the time of measurement, which is the density of the gas under the actual total pressure P3, is ρ1, and the actual flow velocity is V, the above formulas (1) and (2 6 is a flow rate measurement method according to claim 5, wherein the measurement-time density ρ1 and the dynamic pressure P2 are calculated based on.
請求項7の発明は、計測管の軸方向の異なる2位置に第1と第2の超音波送受波器を配置して、第1から第2の超音波送受波器への超音波の第1伝播時間と第2から第1の超音波送受波器への超音波の第2伝播時間とを計測し、第1と第2の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をL、第1伝播時間をt1、第2伝播時間をt2、超音波の音速をCとすると、上記式(3)に基づいて流速Vを演算すると共に、上記式(4)に基づいて超音波の音速Cを演算し、音速Cに基づいて計測管内を流れる気体の種類に応じた標準密度を特定することを特徴とする請求項6に記載の流量計測方法である。 According to the seventh aspect of the present invention, the first and second ultrasonic transducers are arranged at two different positions in the axial direction of the measuring tube, and the ultrasonic waves from the first to the second ultrasonic transducers are transmitted. The first propagation time and the second propagation time of the ultrasonic wave from the second to the first ultrasonic transducer are measured, and the distance in the axial direction of the measuring tube between the first and second ultrasonic transducers Is L, the first propagation time is t1, the second propagation time is t2, and the sound velocity of the ultrasonic wave is C, the flow velocity V is calculated based on the above equation (3), and the superfluidity based on the above equation (4) is calculated. The flow rate measuring method according to claim 6, wherein the sound velocity C of the sound wave is calculated, and the standard density corresponding to the type of gas flowing in the measurement tube is specified based on the sound velocity C.
請求項8の発明は、計測管の軸方向の異なる2位置に第1と第2の超音波送受波器を配置して、第1から第2の超音波送受波器への超音波の第1伝播時間と第2から第1の超音波送受波器への超音波の第2伝播時間とを計測し、第1と第2の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をL、第1伝播時間をt1、第2伝播時間をt2、実際の流速をV、超音波の音速をCとすると、上記式(3)に基づいて流速Vを演算すると共に、上記式(4)に基づいて超音波の音速Cを演算し、気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備えておき、音速演算部にて演算した音速Cに基づいて音速・温度データテーブルから実際の温度を特定することを特徴とする請求項5乃至7の何れか1の請求項に記載の流量計測方法である。 In the invention according to claim 8, the first and second ultrasonic transducers are arranged at two different positions in the axial direction of the measuring tube, and the first ultrasonic wave to the second ultrasonic transducer is transmitted. The first propagation time and the second propagation time of the ultrasonic wave from the second to the first ultrasonic transducer are measured, and the distance in the axial direction of the measuring tube between the first and second ultrasonic transducers Is L, the first propagation time is t1, the second propagation time is t2, the actual flow velocity is V, and the ultrasonic sound velocity is C, the flow velocity V is calculated based on the above equation (3), and the above equation ( 4) The sound speed C of the ultrasonic wave is calculated based on 4), and a sound speed / temperature data table in which the gas temperature and the sound speed corresponding to the temperature are associated with each other is provided. Based on the sound speed C calculated by the sound speed calculation unit. The actual temperature is specified from the sound speed / temperature data table. The claim according to any one of claims 5 to 7, Which is a flow rate measurement method.
なお、本発明の願書に添付した明細書及び特許請求の範囲における「温度」は、摂氏と表記するか「℃」を付記しない限り、「絶対温度」を意味するものとする。 “Temperature” in the specification and claims attached to the application of the present invention means “absolute temperature” unless it is expressed as Celsius or “° C.” is added.
[請求項1及び5の発明]
請求項1及び5の発明によれば、流速の大小によって変化する動圧と静圧との和である全圧を使用して標準単位流量又は標準流量を演算しているので、流速の大小にかかわらず、標準単位流量及び標準流量を安定して正確に計測することができる。また、請求項1の発明に係る流量計では、流速を利用して動圧を演算するので、動圧を求めるために動圧計測用のピトー管のような機器を別途設けた構成に比べて、流量計がコンパクトになる。
[Inventions of Claims 1 and 5]
According to the first and fifth aspects of the present invention, the standard unit flow rate or the standard flow rate is calculated using the total pressure that is the sum of the dynamic pressure and the static pressure that change depending on the magnitude of the flow velocity. Regardless, the standard unit flow rate and the standard flow rate can be measured stably and accurately. Further, in the flow meter according to the invention of claim 1, since the dynamic pressure is calculated using the flow velocity, compared to a configuration in which a device such as a Pitot tube for measuring the dynamic pressure is separately provided in order to obtain the dynamic pressure. The flow meter becomes compact.
[請求項2及び6の発明]
請求項2及び6の発明では、動圧の演算において、上記式(1)の通り全圧を使用して気体の計測時密度ρ1を演算するので、計測時密度ρ1の精度も高くなり、その計測時密度ρ1を使用して上記式(2)の通り動圧を演算するので、正確に動圧を演算することができる。
[Inventions of Claims 2 and 6]
In the inventions of claims 2 and 6, in the calculation of the dynamic pressure, the gas measurement density ρ1 is calculated using the total pressure as in the above formula (1), so the accuracy of the measurement density ρ1 is also increased. Since the dynamic pressure is calculated using the measurement density ρ1 as in the above equation (2), the dynamic pressure can be calculated accurately.
[請求項3及び7の発明]
請求項3及び7の発明では、流速を検出するための第1と第2の超音波送受波器を利用して超音波の音速を演算し、その音速の演算結果と、計測管を通過し得る気体の種類に応じた音速と、気体の種類に応じた標準密度とを対応させた音速・密度データテーブルとから標準密度を決定することができるので、計測管に異なる種類の気体が流れ得る場合も、標準単位流量及び標準流量を安定して正確に計測することができる。
[Inventions of Claims 3 and 7]
In the inventions of claims 3 and 7, the first and second ultrasonic transducers for detecting the flow velocity are used to calculate the sound speed of the ultrasonic wave, the calculation result of the sound speed and the measurement tube are passed through. The standard density can be determined from the sound velocity / density data table corresponding to the sound speed according to the type of gas to be obtained and the standard density according to the type of gas, so that different types of gas can flow through the measurement tube. Even in this case, the standard unit flow rate and the standard flow rate can be measured stably and accurately.
[請求項4及び8の発明]
請求項4及び8の発明では、流速を検出するための第1と第2の超音波送受波器を利用して超音波の音速を演算し、その音速の演算結果と、計測管を通過し得る気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルとから実際の温度を特定するので、温度計を別途設けた構成に比べて、流量計がコンパクトになる。
[Inventions of Claims 4 and 8]
In the inventions of claims 4 and 8, the first and second ultrasonic transducers for detecting the flow velocity are used to calculate the sound speed of the ultrasonic wave, and the calculation result of the sound speed and the measurement pipe are passed through. Since the actual temperature is specified from the sound speed / temperature data table in which the temperature of the gas to be obtained and the sound speed according to the temperature are associated with each other, the flow meter is more compact than a configuration in which a thermometer is separately provided.
[第1実施形態]
以下、本発明を超音波流量計に適用した実施形態について図1〜図3に基づいて説明する。図1に示すように、本実施形態の超音波流量計10は、計測本体部11とコントローラ20とからなる。計測本体部11は、例えば、ガス管12の途中に取り付けられる円筒状の計測管13を有し、その計測管13の内側面に第1と第2の超音波送受波器14,15を備えている。それら第1と第2の超音波送受波器14,15は、計測管13の中心軸に対して斜めに交差する直線上に配置されている。なお、本実施形態の超音波流量計10が接続されるガス管12には、空気、都市ガス、LPガスの何れかが流れるようになっている。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an ultrasonic flowmeter will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
計測管13には、その内側の静圧を検出するための静圧計17が一体に設けられている。具体的には、計測管13の軸方向における第1と第2の超音波送受波器14,15の間の中央位置から、軸方向と直交する側方に向けて分岐路16が延ばされ、分岐路16の末端に静圧計17が接続されている。また、静圧計17は、計測管13内の静圧に応じて変形する例えば図示しないダイヤフラムを内蔵し、そのダイヤフラムの変形量を電気信号に変えて出力する。
The
コントローラ20には、送受波制御回路21と静圧検出回路25と信号処理部30とが備えられている。静圧検出回路25は、静圧計17が出力した電気信号を静圧の検出値に変換して出力する。なお、本実施形態では、静圧計17と静圧検出回路25とから本発明に係る「静圧検出部」が構成されている。
The
送受波制御回路21は、本発明の「伝播時間計測部」に相当し、所定周期でパルスを出力する発振回路(図示せず)と、第1と第2の超音波送受波器14,15に超音波を出力させる送波回路(図示せず)と、第1と第2の超音波送受波器14,15が超音波を受信したことを検出する受波回路(図示せず)とを備えている。そして、第1超音波送受波器14を送波回路に接続する一方、第2超音波送受波器15を受波回路に接続にして、第1超音波送受波器14に超音波を出力させてから、その超音波を第2超音波送受波器15が受信する迄の間に発振回路が出力したパルス数を超音波の第1伝播時間として計測すると共に、第1超音波送受波器14を受波回路に接続する一方、第2超音波送受波器15を送波回路に接続した状態に切り替えて、第2超音波送受波器15に超音波を出力させてから、その超音波を第1超音波送受波器14が受信する迄の間に発振回路が出力したパルス数を超音波の第2伝播時間として計測する。
The transmission /
信号処理部30には、CPU21A、ROM21B、RAM21Cが備えられ、ROM21Bに記憶された図示しないデータ処理プログラムを実行することで、信号処理部30が図2のブロック図に示した制御系として機能する。
The
図2の制御系のうち符号31で示した周波数和演算部は、送受波制御回路21で計測した第1伝播時間の逆数と、第2伝播時間の逆数との和を演算し、符号32で示した周波数差演算部は、第1伝播時間の逆数から第2伝播時間の逆数を減算した値を演算する構成になっている。ここで、第1と第2の超音波送受波器14,15の間の計測管13の軸方向(即ち、気体が流れる方向)における距離をL、第1伝播時間をt1、第2伝播時間をt2、計測管13内を流れる気体の実際の流速をV、超音波の音速をCとし、第1超音波送受波器14が第2超音波送受波器15より上流側に配置されているとすると、下記式(5),(6)の等式が成立する。
2 calculates the sum of the reciprocal of the first propagation time measured by the transmission /
従って、周波数和演算部31は、第1と第2の伝播時間の逆数の和を演算することで、上記式(5)に示すように音速Cの代用値として(2C/L)を演算している。即ち、周波数和演算部31は、定数(2/L)を乗じた実質的な音速Cxを演算している。また、周波数差演算部32は、第1と第2の伝播時間の逆数の差を演算することで、上記式(6)に示すように、流速Vの代用値として(2V/L)を演算している。即ち、周波数差演算部32は、定数(2/L)を乗じた実質的な流速Vxを演算している。
Therefore, the frequency
図2の制御系のうち符号33で示した流速演算部は、周波数差演算部32の演算結果にL/2を乗じて代用値ではない真の流速Vを演算する。なお、本実施形態では、これら周波数差演算部32及び流速演算部33と、前述した送受波制御回路21と第1と第2の超音波送受波器14,15とから、本発明に係る「流速検出部」が構成されている。
In the control system of FIG. 2, the flow velocity calculation unit denoted by
図2の制御系のうち符号34で示したガス種特定部は、周波数和演算部31が演算した実質的な音速Cxに基づいて、計測管13を流れる気体が、空気、都市ガス、LPガスの何れであるかを特定する。ここで、超音波が気体を伝播する際の音速は、その気体の種類によって異なると共に温度によっても異なる。また、本実施形態では、ガス管12を流れる気体の温度が、低くても253.1[K](−20[℃])以上であり、高くても333.1[K](60[℃])以下になっている。さらには、図3には、−20〜60[℃]の温度に対する音速の変化が、空気、都市ガス、LPガス毎に示されている。同図に示すように、253.1〜333.1[K](−20〜60[℃])の範囲では、空気、都市ガス、LPガスの間で音速の値が同一になることはない。そこで、ガス種特定部34は、図3に示した特性に基づいて、第1の下限判定値及び上限判定値と、第2の下限判定値及び上限判定値と、又は、第3の下限判定値及び上限判定値とが設定されていて、実質的な音速Cxが、上記第1〜第3の下限判定値及び上限判定値のうち何れかの下限判定値及び上限判定値の間に収まっているかに基づいて、計測管13を流れる気体が、空気、都市ガス、LPガスの何れであるかを特定するようになっている。
In the control system of FIG. 2, the gas type identification unit indicated by
図2の制御系のうち符号35で示した温度特定部は、ガス種特定部34から計測管13を流れる気体のガス種の情報を取得すると共に、周波数和演算部31から実質的な音速Cxの演算値を取得し、それらに基づいて気体の温度を特定する。具体的には、コントローラ20のROM21B(図1参照)には、空気の温度とその温度に応じた実質的な音速Cxとを対応させた第1の音速・温度データテーブル41と、都市ガスの温度とその温度に応じた実質的な音速Cxとを対応させた第2の音速・温度データテーブル42と、LPガスの温度とその温度に応じた実質的な音速Cxとを対応させた第3の音速・温度データテーブル43とが記憶されている。そして、温度特定部35は、ガス種の情報に基づき、計測管13を流れる気体の種類に応じた第1〜第3の何れかの音速・温度データテーブル41,42,43にアクセスし、実質的な音速Cxに基づいて音速・温度データテーブルから気体の温度を特定する。
The temperature specifying unit indicated by
図2の制御系のうち符号36で示した標準密度特定部は、温度特定部35から気体のガス種の情報を取得し、その気体のガス種の情報に基づいて、予め設定された標準温度及び標準全圧下における気体の密度としての標準密度を特定する。ここで、本実施形態の超音波流量計10では、標準温度として273.1[K](摂氏0[℃])、標準全圧として101.3[kPa](1気圧)が予め設定され、それら標準温度273.1[K]、標準全圧101.3[kPa]のデータが前記した図示しないデータ処理プログラム中に組み込まれてROM21B(図1参照)に記憶されている。また、ROM21Bには、ガス種の情報と空気、都市ガス、LPガスの標準密度とを対応させた密度データベース44が記憶されている。そして、標準密度特定部36は、気体のガス種の情報に基づいてROM21Bの密度データベース44から計測管13内を流れる気体の標準密度を取得する。
The standard density specifying unit denoted by
また、標準密度特定部36は、流速演算部33から気体の流速の演算結果を取得すると共に、静圧検出回路25から静圧の検出結果を取得し、下記式(1),(2)を利用して、計測管13内の実際の温度及び実際の全圧下の気体の密度である計測時密度を演算する。即ち、標準温度をT0、標準全圧をP0、標準密度をρ0、実際の温度をT1、静圧をP1、動圧をP2、計測時密度をρ1、実際の流速をVとすると、以下の式(1),(2)が成立する。
Further, the standard
具体的には、標準密度特定部36は、まず、式(1)においてP2=0として計測時密度ρ1を演算する。次に、計測時密度ρ1と式(2)から動圧P2を演算し、得られた動圧P2と式(1)から再び計測時密度ρ1を演算する。このように式(1),(2)を繰り返し用いて、計測時密度ρ1を演算する。
Specifically, the standard
なお、式(1),(2)を変形すると下記式(7)になる。標準密度特定部36はこの式(7)から計測時密度ρ1を演算してもよい。
Note that the following formula (7) is obtained by modifying the formulas (1) and (2). The standard
また、標準密度特定部36は、式(1)においてP2=0として、即ち、式(1),(2)の繰り返し用いないで計測時密度ρ1を簡易的に演算してもよい。
Further, the standard
図2の制御系のうち符号37で示した動圧演算部は、標準密度特定部36から計測時密度ρ1を取得すると共に、流速演算部33から流速Vを取得して、上記式(2)から気体の動圧P2を演算する。
The dynamic pressure calculation unit indicated by
図2の制御系のうち符号38で示した全圧演算部は、動圧演算部37から動圧P2を取得すると共に、静圧検出回路25から静圧P1を取得して、静圧P1及び動圧P2の和で全圧P3(=P1+P2)を演算する。
The total pressure calculation unit denoted by
図2の制御系のうち符号39で示した標準単位流量演算部は、全圧演算部38から全圧P3を取得し、流速演算部33から流速Vを取得し、温度特定部35から温度T1の情報を取得して、ボイル・シャルルの法則に基づいた下記式(8)から標準単位流量Qxを演算する。ここで、標準単位流量Qxは、任意の温度及び圧力で流れる気体の実際の流速を、前記した標準温度及び標準全圧で、計測管13内の単位面積に流れる気体の流量である。つまり、標準単位流量Qxは、標準温度及び標準全圧下で計測管13内を流れる気体の流速でもある。
The standard unit flow rate calculation unit indicated by
図2の制御系のうち符号40で示した標準流量演算部は、標準単位流量演算部39から標準単位流量Qxを取得し、その標準単位流量Qxに計測管13の内側断面積を乗じて、標準流量Qを演算する。そして、これら標準単位流量Qx及び標準流量Qが信号処理部30から図1に示したコントローラ20の出力回路22に付与され、その出力回路22から超音波流量計10外に出力される。
2 obtains the standard unit flow rate Qx from the standard unit flow
上記したように本実施形態の超音波流量計10では、気体の流速Vの大小によって変化する動圧P2と静圧P1との和である全圧を使用して標準単位流量Qx及び標準流量Qを演算しているので、流速Vの大小にかかわらず、標準単位流量Qx及び標準流量Qを安定して正確に計測することができる。しかも、第1と第2の超音波送受波器14,15が計測管13全体を横切るように超音波を送受波して流速Vを検出しているので、計測管13全体の平均した流速Vが検出され、この点においても、標準単位流量Qx及び標準流量Qを正確に計測することができる。さらには、全圧P3を使用して気体の計測時密度ρ1を演算するので計測時密度ρ1の精度も高くなり、その計測時密度ρ1を使用して動圧P2を演算するので、この点においても高い精度で動圧P2を演算することができる。
As described above, in the
また、流速Vを検出するための第1と第2の超音波送受波器14,15を利用して超音波の音速Cを演算し、その音速Cから計測管13内を流れる気体の種類を特定するので、計測管13に異なる種類の気体が流れ得る場合も、標準単位流量Qx及び標準流量Qを安定して正確に計測することができる。また、流速Vを利用して動圧P2を演算するので、動圧P2を求めるために例えば動圧計測用のピトー管のような機器を別途設けた構成に比べて、超音波流量計10がコンパクトになる。さらには、音速Cの演算結果から実際の温度T1を特定するので、温度計を別途設けた構成に比べて超音波流量計10がコンパクトになる。
Further, the first and second
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.
(1)前記実施形態では、音速Cの演算結果から実際の温度T1を特定していたが、実際の温度T1を温度計により計測してもよい。このような構成であっても、流速Vの大小にかかわらず、標準単位流量Qx及び標準流量Qを安定して計測することができる。 (1) In the above embodiment, the actual temperature T1 is specified from the calculation result of the sound velocity C. However, the actual temperature T1 may be measured by a thermometer. Even with such a configuration, the standard unit flow rate Qx and the standard flow rate Q can be stably measured regardless of the magnitude of the flow velocity V.
(2)前記実施形態において、実質的な音速Cxが第1〜3の下限判定値及び上限判定値の何れの下限判定値及び上限判定値の間にも属さない場合にアラームなどの警報を発する警報装置を備えた構成としてもよい。これにより、空気、都市ガス、LPガス以外のガス混入検知を図ることができる。 (2) In the above-described embodiment, an alarm or the like is issued when the substantial sound speed Cx does not belong to any of the lower limit determination value and the upper limit determination value of the first to third lower limit determination values and the upper limit determination value. It is good also as a structure provided with the alarm device. Thereby, gas mixture detection other than air, city gas, and LP gas can be aimed at.
10 超音波流量計
14 第1超音波送受波器
15 第2超音波送受波器
17 静圧計
21 送受波制御回路
25 静圧検出回路
33 流速演算部
34 ガス種特定部
35 温度特定部
36 標準密度特定部
37 動圧演算部
38 全圧演算部
39 標準単位流量演算部
40 標準流量演算部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記計測管内の気体の静圧を検出可能な静圧検出部と、
前記流速から前記気体の動圧を演算する動圧演算部と、
前記静圧及び前記動圧の和で全圧を演算する全圧演算部と、
前記計測管内の気体の温度を検出可能な温度検出部と、
前記流速検出部、前記温度検出部及び前記全圧演算部にて検出した実際の流速、実際の温度及び実際の全圧と、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、前記実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で前記計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、前記標準単位流量に前記計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換する標準変換部とを備えたことを特徴とする流量計。 A flow rate detector that can detect the flow rate of the gas in the measurement tube;
A static pressure detector capable of detecting the static pressure of the gas in the measuring tube;
A dynamic pressure calculator that calculates the dynamic pressure of the gas from the flow velocity;
A total pressure calculation unit that calculates a total pressure by the sum of the static pressure and the dynamic pressure;
A temperature detector capable of detecting the temperature of the gas in the measuring tube;
Using the actual flow velocity detected by the flow velocity detection unit, the temperature detection unit, and the total pressure calculation unit, the actual temperature and the actual total pressure, and the relational expression based on Boyle-Charles' law, Is converted to a standard unit flow rate of gas flowing in a unit area in the measurement tube at a predetermined standard temperature and standard total pressure, or a standard obtained by multiplying the standard unit flow rate by an inner cross-sectional area of the measurement tube. A flow meter comprising a standard conversion unit for converting into a flow rate.
前記動圧演算部は、
The dynamic pressure calculator is
前記第1と第2の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をL、前記第1伝播時間をt1、前記第2伝播時間をt2とすると、
When the distance in the axial direction of the measurement tube between the first and second ultrasonic transducers is L, the first propagation time is t1, and the second propagation time is t2,
前記第1と第2の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をL、前記第1伝播時間をt1、前記第2伝播時間をt2、前記実際の流速をVとすると、
前記温度計測部は、前記音速演算部にて演算した音速Cに基づいて前記音速・温度データテーブルから前記実際の温度を特定することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1の請求項に記載の流量計。 The flow velocity detectors are arranged at two different positions in the axial direction of the measuring tube, and are capable of transmitting and receiving ultrasonic waves in both directions, and the first to second ultrasonic transducers. A propagation time measuring unit for measuring the first propagation time of the ultrasonic wave to the ultrasonic transducer and the second propagation time of the ultrasonic wave from the second to the first ultrasonic transducer;
When the distance in the axial direction of the measuring tube between the first and second ultrasonic transducers is L, the first propagation time is t1, the second propagation time is t2, and the actual flow velocity is V. ,
The temperature measurement unit identifies the actual temperature from the sound speed / temperature data table based on the sound speed C calculated by the sound speed calculation unit. The flow meter described in 1.
前記第1と第2の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をL、前記第1伝播時間をt1、前記第2伝播時間をt2、前記超音波の音速をCとすると、
The distance between the first and second ultrasonic transducers in the axial direction of the measuring tube is L, the first propagation time is t1, the second propagation time is t2, and the ultrasonic sound velocity is C. Then
前記第1と第2の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をL、前記第1伝播時間をt1、前記第2伝播時間をt2、前記実際の流速をV、前記超音波の音速をCとすると、
前記音速演算部の演算結果に基づいて前記音速・温度データテーブルから前記実際の温度を特定することを特徴とする請求項5乃至7の何れか1の請求項に記載の流量計測方法。 The first and second ultrasonic transducers are arranged at two different positions in the axial direction of the measurement tube, and the first propagation time of the ultrasonic waves from the first to the second ultrasonic transducers and the Measuring the second propagation time of the ultrasonic wave from the second to the first ultrasonic transducer;
The distance in the axial direction of the measurement tube between the first and second ultrasonic transducers is L, the first propagation time is t1, the second propagation time is t2, the actual flow velocity is V, If the ultrasonic velocity is C,
The flow rate measuring method according to claim 5, wherein the actual temperature is specified from the sound speed / temperature data table based on a calculation result of the sound speed calculation unit.
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