JP2012242120A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

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Kazunari Asari
一成 浅利
Eiji Mimura
英二 三村
Tomoyuki Sawayama
智之 澤山
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Kansai Electric Power Co Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic flowmeter capable of saving a lot of time and effort for attachment of any probe to a pipe even when a place where two probes are arranged is narrow.SOLUTION: An ultrasonic flowmeter 1 includes a first probe 3a arranged on the peripheral surface of a pipe 33 to transmit/receive an ultrasonic wave and a second probe 3b arranged on the peripheral surface of the pipe 33 so as to be shifted from the first probe 3a in the axial direction of the pipe 33. The second probe 3b is arranged at an angle θ different from that of the first probe 3a in a range of 0 degree<θ<180 degrees in the peripheral direction of the pipe 33.

Description

本発明は、時間差式の超音波流量計に関する。   The present invention relates to a time difference type ultrasonic flowmeter.

配管を流れる流体の流量を計測する機器の一つとして、超音波流量計がある。超音波流量計にはいくつかの方式があり、時間差式の超音波流量計は超音波を送受信する二つの送受信手段(プローブ)を備える。二つのプローブは配管の周面上に取り付けられ、一方のプローブは上流側に配置され、他方のプローブは下流側に配置される。時間差式の超音波流量計の測定原理は、以下の通りである。   An ultrasonic flow meter is one of devices that measure the flow rate of fluid flowing through a pipe. There are several types of ultrasonic flowmeters, and the time difference type ultrasonic flowmeter includes two transmission / reception means (probes) for transmitting and receiving ultrasonic waves. Two probes are attached on the peripheral surface of the pipe, one probe is arranged on the upstream side, and the other probe is arranged on the downstream side. The measurement principle of the time difference type ultrasonic flowmeter is as follows.

上流側のプローブと下流側のプローブから同時に超音波を送信する。上流側のプローブから送信された超音波は、流体が流れる配管内を伝搬し、下流側のプローブにより受信される。下流側のプローブから送信された超音波は、流体が流れる配管内を伝搬し、上流側のプローブにより受信される。   Ultrasound is simultaneously transmitted from the upstream probe and the downstream probe. The ultrasonic wave transmitted from the upstream probe propagates through the pipe through which the fluid flows and is received by the downstream probe. The ultrasonic wave transmitted from the downstream probe propagates through the pipe through which the fluid flows and is received by the upstream probe.

流体が配管を流れているので、上流側のプローブから送信された超音波を下流側のプローブが受信するまでの時間は、下流側のプローブから送信された超音波を上流側のプローブが受信するまでの時間より短くなる。この時間の差と、上流側のプローブと下流側のプローブとの間の距離を用いて、配管を流れる流体の流速を演算する。この流速と配管の断面積を用いて、配管を流れる流体の流量を演算する。   Since the fluid flows through the pipe, the upstream probe receives the ultrasonic wave transmitted from the downstream probe until the downstream probe receives the ultrasonic wave transmitted from the upstream probe. It becomes shorter than the time until. Using the time difference and the distance between the upstream probe and the downstream probe, the flow velocity of the fluid flowing through the pipe is calculated. Using this flow velocity and the cross-sectional area of the pipe, the flow rate of the fluid flowing through the pipe is calculated.

ところで、上流側のプローブ、下流側のプローブのそれぞれから送信された超音波の一部は、配管の表面を伝搬して、下流側のプローブ、上流側のプローブによって受信される。金属の配管や小口径の配管は、配管の表面を伝搬する超音波の影響を受けやすく、この影響により流量の測定精度が悪くなるのを防止するために、上流側のプローブと下流側のプローブの距離を、ある程度の大きさにする必要があった。よって、超音波流量計を取り付けることができる箇所が制限され、二つのプローブを配置する箇所の空間を確保したうえで、超音波流量計を配管に取り付ける必要があった。   By the way, a part of the ultrasonic wave transmitted from each of the upstream probe and the downstream probe propagates on the surface of the pipe and is received by the downstream probe and the upstream probe. Metal pipes and small-diameter pipes are easily affected by ultrasonic waves propagating on the surface of the pipe, and in order to prevent the measurement accuracy of the flow rate from deteriorating due to this influence, the upstream probe and the downstream probe It was necessary to make the distance of a certain size. Therefore, the location where the ultrasonic flow meter can be attached is limited, and it is necessary to attach the ultrasonic flow meter to the pipe after securing the space where the two probes are arranged.

配管の軸を中心として対称に上流側のプローブと下流側のプローブを配置することにより、二つのプローブを配置する箇所が狭い空間であっても、二つのプローブの距離を確保できる超音波流量計が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   An ultrasonic flowmeter that can secure the distance between two probes even in a narrow space by arranging the upstream probe and the downstream probe symmetrically about the axis of the pipe. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2011−58883号公報JP 2011-58883 A

しかし、配管の軸を中心として対称に上流側のプローブと下流側のプローブを配置した構成では、配管の周面において一方のプローブの位置の裏側に他方のプローブが位置する。従って、作業者が二つのプローブを配管に取り付ける際に、配管から見て、一方のプローブは作業者側に位置し、他方のプローブは作業者と反対側に位置する。このため、他方のプローブは作業者から見えにくい位置にあり、特に、狭い空間ではプローブの取り付けの際に手を動かすことができる範囲が制約されるので、他方のプローブについては取り付けに手間取る可能性がある。   However, in the configuration in which the upstream probe and the downstream probe are arranged symmetrically about the axis of the pipe, the other probe is located behind the position of one probe on the peripheral surface of the pipe. Therefore, when the worker attaches the two probes to the pipe, one probe is located on the worker side and the other probe is located on the opposite side of the worker when viewed from the pipe. For this reason, the other probe is in a position where it is difficult to see from the operator, and in particular, in a narrow space, the range in which the hand can be moved is restricted when attaching the probe. There is.

本発明は、超音波を送受信する二つの送受信手段が配置される箇所が狭い空間であっても、いずれの送受信手段についても配管への取り付けに手間がかからない超音波流量計を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter that does not require time and effort to attach a pipe to any of the transmission / reception means even in a narrow space where two transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves are arranged. And

上記目的を達成する本発明に係る超音波流量計は、断面円形の配管の周面上に配置され、超音波を送受信する第1の送受信手段と、前記第1の送受信手段に対して前記配管の軸方向にずらして前記配管の周面上に配置され、超音波を送受信する第2の送受信手段と、前記第1の送受信手段から送信された超音波を前記第2の送受信手段が受信するまでの時間と前記第2の送受信手段から送信された超音波を前記第1の送受信手段が受信するまでの時間との差、及び前記第1の送受信手段と前記第2の送受信手段との間の距離を用いて、前記配管を流れる流体の流量を演算する演算部と、を備え、前記第2の送受信手段は前記第1の送受信手段に対して、前記配管の周方向において、角度θを0度<θ<180度の範囲で異ならせて配置されている。   An ultrasonic flowmeter according to the present invention for achieving the above object is provided on a circumferential surface of a pipe having a circular cross section, and a first transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves, and the pipe with respect to the first transmission / reception means. The second transmitting / receiving unit receives the ultrasonic wave transmitted from the first transmitting / receiving unit and the second transmitting / receiving unit arranged on the peripheral surface of the pipe while being shifted in the axial direction. Between the time until the first transmission / reception means receives the ultrasonic wave transmitted from the second transmission / reception means, and between the first transmission / reception means and the second transmission / reception means. And a calculation unit that calculates a flow rate of the fluid flowing through the pipe using the distance of the second transmission / reception unit, wherein the second transmission / reception unit sets an angle θ in the circumferential direction of the pipe with respect to the first transmission / reception unit. Arranged differently in the range of 0 degrees <θ <180 degrees The

本発明に係る超音波流量計によれば、第2の送受信手段が第1の送受信手段に対して、配管の周方向において、角度θを0度<θ<180度の範囲で異ならせて配置されているので、配管の周面の半面側に、第1及び第2の送受信手段を配置させることができる。このため、作業者が第1及び第2の送受信手段を配管に取り付ける際に、いずれも作業者側に位置し、作業者にとって見やすく、手が届きやすいので、第1及び第2の送受信手段が配置される箇所が狭い空間であっても、いずれの送受信手段についても配管への取り付けに手間がかからないようにすることができる。   According to the ultrasonic flowmeter of the present invention, the second transmission / reception means is arranged so that the angle θ is different from the first transmission / reception means in the circumferential direction of the pipe in the range of 0 ° <θ <180 °. Therefore, the first and second transmission / reception means can be arranged on the half surface side of the peripheral surface of the pipe. For this reason, when the operator attaches the first and second transmission / reception means to the pipe, both are located on the operator side, and are easy to see and reach for the operator. Even if the place to be arranged is a narrow space, it is possible to prevent any transmission / reception means from being time-consuming to attach to the pipe.

上記構成において、前記第2の送受信手段は前記第1の送受信手段に対して、前記配管の周方向において、角度θを0度<θ≦90度の範囲で異ならせて配置されている。   In the above configuration, the second transmission / reception means is arranged with respect to the first transmission / reception means at a different angle θ in the range of 0 degree <θ ≦ 90 degrees in the circumferential direction of the pipe.

この構成によれば、配管の軸方向において、第1の送受信手段と第2の送受信手段の距離が短い場合、上記角度θが0度の条件よりも、表面波(配管の表面を伝搬した超音波)を低減することができる。このため、第1及び第2の送受信手段が配置される箇所が狭い空間であり、配管が短くても、流量の測定精度を維持することが可能となるので、超音波流量計を取り付けることができる箇所の適用範囲を広げることができる。   According to this configuration, when the distance between the first transmission / reception means and the second transmission / reception means is short in the axial direction of the pipe, the surface wave (super-wave propagated on the surface of the pipe is larger than the condition where the angle θ is 0 degrees). Sound wave) can be reduced. For this reason, since the place where the first and second transmission / reception means are arranged is a narrow space and the piping is short, it is possible to maintain the flow rate measurement accuracy. The range of application of possible locations can be expanded.

また、この構成によれば、第2の送受信手段が第1の送受信手段に対して、配管の周方向において、角度θを0度<θ≦90度の範囲で異ならせて配置されているので、いずれの送受信手段も作業者にとって、さらに見やすく、手が届きやすくなる。従って、第1及び第2の送受信手段が配置される箇所が狭い空間であっても、いずれの送受信手段についても配管への取り付けに手間がさらにかからないようにすることができる。   Further, according to this configuration, the second transmission / reception means is arranged at a different angle θ in the range of 0 degree <θ ≦ 90 degrees in the circumferential direction of the pipe with respect to the first transmission / reception means. Any of the transmission / reception means is easier for the operator to see and reach. Therefore, even if the place where the first and second transmission / reception means are arranged is a narrow space, it is possible to prevent the effort of attaching any of the transmission / reception means to the pipe.

上記構成において、前記第2の送受信手段は前記第1の送受信手段に対して、前記配管の周方向において、角度θを略15度異ならせて配置されている。   In the above configuration, the second transmission / reception means is arranged with an angle θ of approximately 15 degrees different from the first transmission / reception means in the circumferential direction of the pipe.

この構成によれば、配管の軸方向において、第1の送受信手段と第2の送受信手段の距離が短い場合でも、受信波(配管内を伝搬した超音波)を比較的大きくすることができるので、S(受信波の大きさ)/N(表面波の大きさ)比を高くすることができる。よって、第1及び第2の送受信手段が配置される箇所が狭い空間であり、配管が短くても、高い精度で流量を測定することが可能となる。   According to this configuration, even when the distance between the first transmitting / receiving unit and the second transmitting / receiving unit is short in the axial direction of the pipe, the received wave (the ultrasonic wave propagated in the pipe) can be made relatively large. , S (the magnitude of the received wave) / N (the magnitude of the surface wave) can be increased. Therefore, the place where the first and second transmission / reception means are arranged is a narrow space, and the flow rate can be measured with high accuracy even if the piping is short.

角度θが略15度とは15度を含み、さらに、15度の前後の角度であって、15度の場合と同等の高いS/N比が得られる角度を含む。   The angle θ of approximately 15 degrees includes 15 degrees, and further includes an angle around 15 degrees, which includes an angle at which a high S / N ratio equivalent to the case of 15 degrees is obtained.

本発明によれば、超音波を送受信する二つの送受信手段が配置される箇所が狭い空間であっても、いずれの送受信手段についても配管への取り付けに手間がかからないようにすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the location where the two transmission / reception means which transmit / receive an ultrasonic wave is arrange | positioned is a narrow space, it can be made not to take time and effort to attach to any piping about any transmission / reception means.

本発明の一実施形態に係る超音波流量計の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ultrasonic flowmeter which concerns on one Embodiment of this invention. 第1のプローブ及び第2のプローブが配管の周面に配置された具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example by which the 1st probe and the 2nd probe were arrange | positioned on the surrounding surface of piping. 図2に示す配管の直線部分に配置されている第1のプローブ及び第2のプローブを拡大した図である。It is the figure which expanded the 1st probe and 2nd probe which are arrange | positioned at the linear part of piping shown in FIG. 図3に示す第1のプローブ及び第2のプローブを、配管の断面側から見た状態を示す図である。It is a figure which shows the state which looked at the 1st probe and 2nd probe which were shown in FIG. 3 from the cross section side of piping. プローブ角度及びプローブ距離を変えて、表面波信号のエコー高さ等を測定した実験の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of the experiment which changed the probe angle and the probe distance, and measured the echo height etc. of the surface wave signal. プローブ角度が15度、プローブ距離が40mmの場合の超音波の受信波形を示す図である。It is a figure which shows the received waveform of the ultrasonic wave in case a probe angle is 15 degree | times and a probe distance is 40 mm. プローブ角度が0度、プローブ距離が40mmの場合の超音波の受信波形を示す図である。It is a figure which shows the received waveform of the ultrasonic wave in case a probe angle is 0 degree | times and a probe distance is 40 mm.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る超音波流量計1の構成を示す図である。超音波流量計1は、第1のプローブ3a、第2のプローブ3b及びコントローラ5を備える。超音波流量計1は例えば、住宅等において、断面円形の配管を流れる水の流量の測定に用いられる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic flow meter 1 according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic flowmeter 1 includes a first probe 3a, a second probe 3b, and a controller 5. The ultrasonic flowmeter 1 is used for measuring the flow rate of water flowing through a pipe having a circular cross section, for example, in a house.

第1のプローブ3a(第1の送受信手段の一例)及び第2のプローブ3b(第2の送受信手段の一例)は同じ構成を有しており、超音波の送信と超音波の受信を兼用するセンサとなる圧電素子7a,7bが内蔵されている。第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bは、配管の周面に取り付けた際に、配管の周面に接触する曲面部9a,9bを有する。第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bは、圧電素子7a,7bに電気的に接続されている配線コード11a,11bを有する。   The first probe 3a (an example of the first transmission / reception means) and the second probe 3b (an example of the second transmission / reception means) have the same configuration, and both transmit ultrasonic waves and receive ultrasonic waves. Piezoelectric elements 7a and 7b serving as sensors are incorporated. The first probe 3a and the second probe 3b have curved surface portions 9a and 9b that come into contact with the peripheral surface of the pipe when attached to the peripheral surface of the pipe. The first probe 3a and the second probe 3b have wiring cords 11a and 11b that are electrically connected to the piezoelectric elements 7a and 7b.

コントローラ5は、端子13a,13b、送受信制御部15、演算部17及び操作部19を備える。端子13aには第1のプローブ3aの配線コード11aが接続され、端子13bには第2のプローブ3bの配線コード11bが接続される。送受信制御部15は端子13aを介して第1のプローブ3aの配線コード11a及び端子13bを介して第2のプローブ3bの配線コード11bと電気的に接続される。   The controller 5 includes terminals 13a and 13b, a transmission / reception control unit 15, a calculation unit 17, and an operation unit 19. The wiring cord 11a of the first probe 3a is connected to the terminal 13a, and the wiring cord 11b of the second probe 3b is connected to the terminal 13b. The transmission / reception control unit 15 is electrically connected to the wiring cord 11a of the first probe 3a via the terminal 13a and the wiring cord 11b of the second probe 3b via the terminal 13b.

送受信制御部15は、圧電素子7a,7bを振動させて超音波を発生させる電気信号を生成する等の送信制御の機能、及び圧電素子7a,7bが超音波により振動して発生した電気信号を増幅し、増幅された電気信号をアナログからデジタルに変換する等の受信制御の機能を有する。   The transmission / reception control unit 15 performs a transmission control function such as generating an electric signal for generating ultrasonic waves by vibrating the piezoelectric elements 7a and 7b, and an electric signal generated by vibrating the piezoelectric elements 7a and 7b with ultrasonic waves. It has a reception control function such as amplifying and converting the amplified electrical signal from analog to digital.

演算部17は、第1のプローブ3aから送信された超音波を第2のプローブ3bが受信するまでの時間、第2のプローブ3bから送信された超音波を第1のプローブ3aが受信するまでの時間、及び第1のプローブ3aと第2のプローブ3bとの間の距離(直線距離)を用いて、配管を流れる水の流速を演算し、この流速と配管の断面積を用いて配管を流れる水の流量を演算する。   The arithmetic unit 17 takes time until the second probe 3b receives the ultrasonic wave transmitted from the first probe 3a, and until the first probe 3a receives the ultrasonic wave transmitted from the second probe 3b. And the flow rate of the water flowing through the pipe using the distance between the first probe 3a and the second probe 3b (linear distance), and using this flow rate and the cross-sectional area of the pipe, Calculate the flow rate of flowing water.

操作部19は、操作キー部21と表示部23を備える。操作キー部21は、超音波流量計1を動作させる際の各種の設定等が入力される。表示部23には、演算部17により演算された水の流量等が表示される。   The operation unit 19 includes an operation key unit 21 and a display unit 23. The operation key unit 21 receives various settings for operating the ultrasonic flowmeter 1. The display unit 23 displays the flow rate of water calculated by the calculation unit 17.

図2は、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配管の周面に配置された具体例を示す図である。住宅等の内部の狭い空間31に、L字型に曲げられた配管33が通されている。配管33は水平方向に延びて外部から壁35を通り空間31に導かれ、空間31内でL字型に曲がり、鉛直方向に延びて、地面37に導かれる。配管33の垂直方向に延びる部分には、配管33を流れる水の量を調整するバルブ39が設けられている。   FIG. 2 is a diagram showing a specific example in which the first probe 3a and the second probe 3b are arranged on the peripheral surface of the pipe. A pipe 33 bent in an L shape is passed through a narrow space 31 inside a house or the like. The pipe 33 extends in the horizontal direction and is guided from the outside through the wall 35 to the space 31, bends in an L shape in the space 31, extends in the vertical direction, and is guided to the ground 37. A valve 39 for adjusting the amount of water flowing through the pipe 33 is provided at a portion extending in the vertical direction of the pipe 33.

配管33の水平方向に延びる部分において、配管33の周面には第1のプローブ3aと第2のプローブ3bとが配管33の軸方向にずらして配置されている。第2のプローブ3bは第1のプローブ3aに対して、配管33の周方向において、角度を90度異ならせて配置されている。   In the portion extending in the horizontal direction of the pipe 33, the first probe 3 a and the second probe 3 b are arranged on the peripheral surface of the pipe 33 so as to be shifted in the axial direction of the pipe 33. The second probe 3b is arranged with an angle of 90 degrees different from the first probe 3a in the circumferential direction of the pipe 33.

第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される配管33の場所には、配管33の継ぎ手や配管33の曲がり部が存在することが多い。第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bは、配管33の水平方向に延びる部分のように、配管33の直線部分に配置される。第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される配管33の場所が狭い空間31であれば、配管33の直線部分の長さLが10cm程度しか確保できないことが多い。また、上水道給水工事施工基準では、メータボックス内において、配管の直線部分の長さは少なくとも10cmと決められている。   In many cases, a joint of the pipe 33 and a bent portion of the pipe 33 are present at the place of the pipe 33 where the first probe 3a and the second probe 3b are arranged. The first probe 3 a and the second probe 3 b are arranged in a straight line portion of the pipe 33 like a portion extending in the horizontal direction of the pipe 33. If the location of the pipe 33 in which the first probe 3a and the second probe 3b are arranged is a narrow space 31, the length L of the straight portion of the pipe 33 can often be secured only about 10 cm. Moreover, in the water supply construction work standard, the length of the straight portion of the pipe is determined to be at least 10 cm in the meter box.

後で実験結果を用いて説明するように、本実施形態に係る超音波流量計1によれば、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される配管33の直線部分の長さLが10cm程度である場合でも、流量の測定精度を維持することができる。   As will be described later using experimental results, according to the ultrasonic flowmeter 1 according to the present embodiment, the length L of the straight portion of the pipe 33 in which the first probe 3a and the second probe 3b are arranged. Even when the value is about 10 cm, the flow rate measurement accuracy can be maintained.

図3は図2に示す配管33の直線部分に配置されている第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bを拡大した図である。図4は図3に示す第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bを、配管33の断面側から見た状態を示す図である。   FIG. 3 is an enlarged view of the first probe 3a and the second probe 3b arranged in the straight portion of the pipe 33 shown in FIG. FIG. 4 is a view showing a state in which the first probe 3a and the second probe 3b shown in FIG.

第1のプローブ3aは、本体部41a、ベース部43a及び配線コード11aを備える。本体部41aには圧電素子7a等が内蔵されており、圧電素子7aに電気的に接続されている配線コード11aが固定されている。   The first probe 3a includes a main body portion 41a, a base portion 43a, and a wiring cord 11a. The main body 41a contains a piezoelectric element 7a and the like, and a wiring cord 11a electrically connected to the piezoelectric element 7a is fixed.

ベース部43aはホースバンド取付面45aを備え、その分だけ、配管33の軸方向において本体部41aより寸法が大きくされている。ホースバンド取付面45aは第2のプローブ3bの側と反対側にある。ベース部43aの一方の面は、配管33の周面と接触する曲面部9aであり、他方の面には本体部41aが固定されている。第2のプローブ3bは第1のプローブ3aと同じ構成なので、説明を省略する。   The base portion 43a includes a hose band mounting surface 45a, and the size of the base portion 43a is larger than that of the main body portion 41a in the axial direction of the pipe 33. The hose band attachment surface 45a is on the side opposite to the second probe 3b side. One surface of the base portion 43a is a curved surface portion 9a that comes into contact with the peripheral surface of the pipe 33, and the main body portion 41a is fixed to the other surface. Since the second probe 3b has the same configuration as the first probe 3a, description thereof is omitted.

第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bは、それぞれ、配管33の軸方向の位置及び配管33の周方向の角度を調整した後、ホースバンド47a,47bのネジ(不図示)を締めて、配管33の周面に固定される。   The first probe 3a and the second probe 3b adjust the axial position of the pipe 33 and the circumferential angle of the pipe 33, respectively, and then tighten screws (not shown) of the hose bands 47a and 47b, It is fixed to the peripheral surface of the pipe 33.

本実施形態に係る超音波流量計1の主な効果を説明する。本実施形態では、第2のプローブ3bが第1のプローブ3aに対して、配管33の周方向において、角度θを0度<θ<180度の範囲で異ならせて配置されているので、配管33の周面の半面側に、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bを配置させることができる。このため、作業者が第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bを配管33に取り付ける際に、いずれも作業者側に位置し、作業者にとって見やすく、手が届きやすいので、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される箇所が狭い空間であっても、いずれについても配管33への取り付けに手間がかからないようにすることができる。   The main effects of the ultrasonic flowmeter 1 according to this embodiment will be described. In the present embodiment, the second probe 3b is arranged with respect to the first probe 3a in the circumferential direction of the pipe 33 so that the angle θ is different in the range of 0 degree <θ <180 degrees. The first probe 3 a and the second probe 3 b can be arranged on the half surface side of the peripheral surface of 33. For this reason, when the operator attaches the first probe 3a and the second probe 3b to the pipe 33, both are located on the operator side and are easy to see and reach for the operator, so the first probe 3a And even if the location where the 2nd probe 3b is arrange | positioned is a narrow space, it can be made not to take time and effort to attach to the piping 33 in any case.

また、第2のプローブ3bを第1のプローブ3aに対して、配管33の周方向において、角度θを0度<θ≦90度の範囲で異ならせて配置した場合、いずれのプローブも作業者にとって、さらに見やすく、手が届きやすくなる。従って、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される箇所が狭い空間であっても、いずれのプローブについても配管への取り付けに手間がさらにかからないようにすることができる。   Further, when the second probe 3b is arranged with respect to the first probe 3a in the circumferential direction of the pipe 33 so that the angle θ is different in the range of 0 ° <θ ≦ 90 °, both probes are used by the operator. This makes it easier to see and reach. Therefore, even if the place where the 1st probe 3a and the 2nd probe 3b are arrange | positioned is a narrow space, it can be made not to take much time for attachment to piping also about any probe.

さらに、第2のプローブ3bを第1のプローブ3aに対して、配管33の周方向において、角度θを0度<θ≦90度の範囲で異ならせて配置した場合、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される箇所が狭い空間であり、配管33が短くても、流量の測定精度を維持することが可能となる。これについて実験結果を基にして説明する。まず、実験の条件を簡単に説明する。   Further, when the second probe 3b is arranged with respect to the first probe 3a so that the angle θ is different in the range of 0 degree <θ ≦ 90 degrees in the circumferential direction of the pipe 33, the first probe 3a and The location where the second probe 3b is disposed is a narrow space, and even if the pipe 33 is short, the flow rate measurement accuracy can be maintained. This will be described based on experimental results. First, the experimental conditions will be briefly described.

図3に示すように、第1のプローブ3aの芯の部分(圧電素子7aが位置する部分)と第2のプローブ3bの芯の部分(圧電素子7bが位置する部分)において、配管33の軸方向の距離Dの条件を、30mm,40mm,50mmにした。以下、その距離Dをプローブ距離Dと記載する。   As shown in FIG. 3, the axis of the pipe 33 in the core part of the first probe 3a (the part where the piezoelectric element 7a is located) and the core part of the second probe 3b (the part where the piezoelectric element 7b is located). The direction distance D was set to 30 mm, 40 mm, and 50 mm. Hereinafter, the distance D is referred to as a probe distance D.

図4に示すように、第1のプローブ3aの芯の部分と第2のプローブ3bの芯の部分において、配管33の周方向の角度θの条件を、0度、15度、30度、45度、90度にした。以下、その角度θをプローブ角度θと記載する。   As shown in FIG. 4, in the core portion of the first probe 3a and the core portion of the second probe 3b, the conditions of the circumferential angle θ of the pipe 33 are 0 degree, 15 degrees, 30 degrees, 45 It was 90 degrees. Hereinafter, the angle θ is referred to as a probe angle θ.

SUS25Aの鋼管を配管33とし、配管33に水を充填して、他の条件を全て同じにして、第1のプローブ3aから超音波を送信させて、第2のプローブ3bによって受信される超音波を測定した。他の条件とは、例えば第2のプローブ3bが超音波を受信して生成された電気信号に対するフィルターとして、通過帯域が0.5MHz〜6MHzのバンドパスフィルターを用いた。   An SUS25A steel pipe is used as the pipe 33, the pipe 33 is filled with water, all other conditions are the same, and an ultrasonic wave is transmitted from the first probe 3a and received by the second probe 3b. Was measured. As other conditions, for example, a bandpass filter having a passband of 0.5 MHz to 6 MHz was used as a filter for an electric signal generated by the second probe 3b receiving ultrasonic waves.

図5は上記実験の結果を示す表である。図6はプローブ角度θが15度、プローブ距離Dが40mmの条件での超音波の受信波形を示す図であり、図7はプローブ角度θが0度、プローブ距離Dが40mmの条件での超音波の受信波形を示す図である。図6を用いて、図5に示す表の各項目について説明する。   FIG. 5 is a table showing the results of the experiment. FIG. 6 is a diagram showing a reception waveform of an ultrasonic wave under the condition that the probe angle θ is 15 degrees and the probe distance D is 40 mm. FIG. 7 is a graph showing the supersonic wave when the probe angle θ is 0 degree and the probe distance D is 40 mm. It is a figure which shows the received waveform of a sound wave. Each item of the table | surface shown in FIG. 5 is demonstrated using FIG.

表面波信号とは、配管33の表面を伝搬した超音波(以下、表面波)を第2のプローブ3bが受信して生成した電気信号を意味する。受信波信号とは、配管33内を伝搬した超音波(以下、受信波)を第2のプローブ3bが受信して生成した電気信号を意味する。   The surface wave signal means an electric signal generated by the second probe 3b receiving an ultrasonic wave (hereinafter referred to as a surface wave) propagated through the surface of the pipe 33. The received wave signal means an electrical signal generated by the second probe 3b receiving an ultrasonic wave (hereinafter referred to as a received wave) propagated through the pipe 33.

表面波信号のエコー高さとは、表面波信号の最大値と最小値の差を意味する。図6では20mV−(−20mV)=40mvが、表面波信号のエコー高さである。受信波信号のエコー高さとは、受信波信号の最大値と最小値の差を意味する。図6では120mV−(−120mV)=240mvが、受信波信号のエコー高さである。   The echo height of the surface wave signal means the difference between the maximum value and the minimum value of the surface wave signal. In FIG. 6, 20 mV − (− 20 mV) = 40 mV is the echo height of the surface wave signal. The echo height of the received wave signal means the difference between the maximum value and the minimum value of the received wave signal. In FIG. 6, 120 mV − (− 120 mV) = 240 mV is the echo height of the received wave signal.

表面波信号の伝搬距離とは、表面波の音速(3600m/s)に表面波の受信に要する時間(μs)を乗算した値を意味する。図6では表面波の受信に要する時間は約14μsであり、従って、表面波信号の伝搬距離が50.25mmであった。受信波信号の伝搬距離とは、受信波の音速(1500m/s)に受信波の受信に要する時間(μs)を乗算した値を意味する。図6では受信波の受信に要する時間は約50μsであり、従って、受信波信号の伝搬距離が75.6であった。   The propagation distance of the surface wave signal means a value obtained by multiplying the speed of sound of the surface wave (3600 m / s) by the time required to receive the surface wave (μs). In FIG. 6, the time required for receiving the surface wave is about 14 μs, and therefore the propagation distance of the surface wave signal is 50.25 mm. The propagation distance of the received wave signal means a value obtained by multiplying the sound speed (1500 m / s) of the received wave by the time (μs) required for receiving the received wave. In FIG. 6, the time required to receive the received wave is about 50 μs, and therefore the propagation distance of the received wave signal is 75.6.

S/N比とは、受信波信号のエコー高さを表面波信号のエコー高さで除算した値を意味する。   The S / N ratio means a value obtained by dividing the echo height of the received wave signal by the echo height of the surface wave signal.

表面波信号のエコー高さは、プローブ角度θが15度、30度、45度、90度のいずれの条件も、0度の条件よりも小さくなった。表面波信号のエコー高さが小さいことは、表面波の影響を少なくすることができることを意味するので、流量の測定精度の維持向上には好ましい。   The echo height of the surface wave signal was smaller than the condition of 0 degree in any of the probe angles θ of 15 degrees, 30 degrees, 45 degrees, and 90 degrees. A small echo height of the surface wave signal means that the influence of the surface wave can be reduced, which is preferable for maintaining and improving the measurement accuracy of the flow rate.

受信波信号のエコー高さは、プローブ距離Dが同じであれば、プローブ角度θが15度、30度、45度、90度のいずれの条件も、一部の例外はあるが、0度の条件よりも小さくなった。流量の測定精度を維持向上するには、受信波信号のエコー高さが大きいほうが好ましい。上記例外として、プローブ角度θが0度の場合と同等又はそれ以上の受信波信号のエコー高さが得られる条件があった。すなわち、プローブ角度θが15度でプローブ距離が30mmの条件では、プローブ角度θが0度でプローブ距離が30mmの条件よりも、受信波信号のエコー高さが大きかった。また、プローブ角度θが15度でプローブ距離が40mmの条件では、プローブ角度θが0度でプローブ距離が40mmの条件と受信波信号のエコー高さが等しくなった。   If the probe distance D is the same, the echo height of the received wave signal is 0 degree, although there are some exceptions in any of the probe angles θ of 15 degrees, 30 degrees, 45 degrees, and 90 degrees. It became smaller than the condition. In order to maintain and improve the measurement accuracy of the flow rate, it is preferable that the echo height of the received wave signal is large. As an exception, there is a condition that the echo height of the received wave signal is equal to or higher than that when the probe angle θ is 0 degree. That is, under the condition where the probe angle θ is 15 degrees and the probe distance is 30 mm, the echo height of the received wave signal is larger than the condition where the probe angle θ is 0 degrees and the probe distance is 30 mm. Also, under the condition where the probe angle θ is 15 degrees and the probe distance is 40 mm, the echo height of the received wave signal is equal to the condition where the probe angle θ is 0 degrees and the probe distance is 40 mm.

受信波信号の伝搬距離と表面波信号の伝搬距離の差は、プローブ角度θが0度、15度、30度、45度、90度のいずれの条件も、一部の例外(プローブ角度θが45度、プローブ距離が30mmの条件と、 プローブ角度θが45度、プローブ距離が40mmの条件)はあるが、プローブ距離Dを小さくすると、大きくなった。受信波信号の伝搬距離と表面波信号の伝搬距離の差が大きいと、表面波信号と受信波信号の区別が容易となり、流量の測定精度の維持向上には好ましい。   The difference between the propagation distance of the received wave signal and the propagation distance of the surface wave signal is that there are some exceptions (probe angle θ is less than 0 degree, 15 degrees, 30 degrees, 45 degrees, and 90 degrees). There are a condition of 45 degrees and a probe distance of 30 mm, and a condition that the probe angle θ is 45 degrees and the probe distance is 40 mm. If the difference between the propagation distance of the received wave signal and the propagation distance of the surface wave signal is large, it is easy to distinguish the surface wave signal from the received wave signal, which is preferable for maintaining and improving the measurement accuracy of the flow rate.

プローブ距離Dが同じであれば、プローブ角度θが15度、30度、45度、90度のいずれの条件でも、0度の条件よりもS/N比が高くなった。プローブ角度θが15度の場合、特に高いS/N比が得られた。そして、プローブ角度θが15度、プローブ距離Dが40mmの条件では、今回の実験で一番高いS/N比が得られ、プローブ角度θが0度、プローブ距離Dが40mmの条件に対して、約6倍であった。   If the probe distance D was the same, the S / N ratio was higher than the 0 degree condition in any of the probe angle θ of 15 degrees, 30 degrees, 45 degrees, and 90 degrees. A particularly high S / N ratio was obtained when the probe angle θ was 15 degrees. Under the conditions where the probe angle θ is 15 degrees and the probe distance D is 40 mm, the highest S / N ratio is obtained in this experiment, and the probe angle θ is 0 degrees and the probe distance D is 40 mm. About 6 times.

以上より、第2のプローブ3bを第1のプローブ3aに対して、配管33の周方向において、角度θを0度<θ≦90度の範囲で異ならせて配置すれば、配管33の軸方向において、第1のプローブ3aと第2のプローブ3bの距離が短い場合(例えば、10cm以内)、角度θが0度の条件よりも、表面波信号のエコー高さを小さく(表面波を低減)することができ、また、S/N比を高くすることができる。よって、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される箇所が狭い空間であり、配管33が短くても、流量の測定精度を維持することが可能となる。従って、超音波流量計1を取り付けることができる箇所の適用範囲を広げることができる。   From the above, if the second probe 3b is arranged with respect to the first probe 3a in the circumferential direction of the pipe 33 so that the angle θ is different in the range of 0 ° <θ ≦ 90 °, the axial direction of the pipe 33 When the distance between the first probe 3a and the second probe 3b is short (for example, within 10 cm), the echo height of the surface wave signal is made smaller (reduced surface wave) than the condition where the angle θ is 0 degree. It is also possible to increase the S / N ratio. Therefore, even if the place where the first probe 3a and the second probe 3b are arranged is a narrow space, and the pipe 33 is short, it is possible to maintain the flow rate measurement accuracy. Therefore, the applicable range of the location where the ultrasonic flowmeter 1 can be attached can be expanded.

特に、第2のプローブ3bを第1のプローブ3aに対して、配管33の周方向において、角度θを15度異ならせて配置すれば、配管33の軸方向において、第1のプローブ3aと第2のプローブ3bの距離が短い場合(例えば、10cm以内)でも、受信波信号のエコー高さを比較的大きく(受信波を比較的大きく)することができる。その結果、高いS/N比を得ることができる。よって、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bが配置される箇所が狭い空間であり、配管33が短くても、高い精度で流量を測定することが可能となる。   In particular, if the second probe 3b is arranged with respect to the first probe 3a with the angle θ different by 15 degrees in the circumferential direction of the pipe 33, the first probe 3a and the first probe 3a are arranged in the axial direction of the pipe 33. Even when the distance between the two probes 3b is short (for example, within 10 cm), the echo height of the received wave signal can be made relatively large (the received wave is made relatively large). As a result, a high S / N ratio can be obtained. Therefore, even if the place where the 1st probe 3a and the 2nd probe 3b are arranged is a narrow space, and piping 33 is short, it becomes possible to measure flow volume with high accuracy.

なお、流体として、水を例に説明したが、他の液体や気体にも本実施形態を適用することは可能である。   In addition, although water was demonstrated to the example as a fluid, this embodiment is applicable also to another liquid and gas.

第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bをホースバンド47a,47bで個別に配管33に締結する例を上記で示した。しかしながら、第1のプローブ3aと第2のプローブ3bとの間の軸方向間隔を一定に保ちつつ、周方向の位相を調整可能な治具を用いて、第1のプローブ3a及び第2のプローブ3bを配管33に取り付けるようにしてもよい。   The example which fastens the 1st probe 3a and the 2nd probe 3b to the piping 33 separately with the hose bands 47a and 47b was shown above. However, the first probe 3a and the second probe 3a can be adjusted by using a jig that can adjust the circumferential phase while keeping the axial interval between the first probe 3a and the second probe 3b constant. You may make it attach 3b to the piping 33. FIG.

1 超音波流量計
3a 第1のプローブ(第1の送受信手段の一例)
3b 第2のプローブ(第2の送受信手段の一例)
33 配管
D プローブ間距離
θ プローブ角度
1 Ultrasonic flow meter 3a First probe (an example of first transmitting / receiving means)
3b Second probe (an example of second transmitting / receiving means)
33 Piping D Distance between probes θ Probe angle

Claims (3)

断面円形の配管の周面上に配置され、超音波を送受信する第1の送受信手段と、
前記第1の送受信手段に対して前記配管の軸方向にずらして前記配管の周面上に配置され、超音波を送受信する第2の送受信手段と、
前記第1の送受信手段から送信された超音波を前記第2の送受信手段が受信するまでの時間と前記第2の送受信手段から送信された超音波を前記第1の送受信手段が受信するまでの時間との差、及び前記第1の送受信手段と前記第2の送受信手段との間の距離を用いて、前記配管を流れる流体の流量を演算する演算部と、を備え、
前記第2の送受信手段は前記第1の送受信手段に対して、前記配管の周方向において、角度θを0度<θ<180度の範囲で異ならせて配置されている超音波流量計。
A first transmission / reception means arranged on the circumferential surface of the pipe having a circular cross section, for transmitting / receiving ultrasonic waves;
A second transmission / reception means arranged on the circumferential surface of the pipe and shifted in the axial direction of the pipe with respect to the first transmission / reception means;
Time until the second transmission / reception means receives the ultrasonic wave transmitted from the first transmission / reception means and until the first transmission / reception means receives the ultrasonic wave transmitted from the second transmission / reception means. A calculation unit that calculates a flow rate of the fluid flowing through the pipe using a difference between time and a distance between the first transmission / reception unit and the second transmission / reception unit;
The ultrasonic flowmeter, wherein the second transmission / reception means is arranged with an angle θ different from that of the first transmission / reception means in the circumferential direction of the pipe in a range of 0 degree <θ <180 degrees.
前記第2の送受信手段は前記第1の送受信手段に対して、前記配管の周方向において、角度θを0度<θ≦90度の範囲で異ならせて配置されている請求項1に記載の超音波流量計。   The said 2nd transmission / reception means is arrange | positioned with respect to the said 1st transmission / reception means by making the angle (theta) differ in the range of 0 degree <(theta) <= 90 degree | times in the circumferential direction of the said piping. Ultrasonic flow meter. 前記第2の送受信手段は前記第1の送受信手段に対して、前記配管の周方向において、角度θを略15度異ならせて配置されている請求項2に記載の超音波流量計。   3. The ultrasonic flowmeter according to claim 2, wherein the second transmission / reception unit is arranged with the angle θ different by about 15 degrees in the circumferential direction of the pipe with respect to the first transmission / reception unit.
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