JP2012509460A - 超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一実施形態では、コンジットに装着された2つの超音波放出体及び2つの超音波受信器を備えたコンジット中を流れる媒質の流量を計測するための超音波流量計を提供する。流量は、第1の超音波信号が第1の超音波放出体から第1の超音波受信器まで伝播する第1の時間間隔並びに第2の超音波信号が第2の超音波放出体から第2の超音波受信器まで伝播する第2の時間間隔に基づいて決定される。幾つかの実施形態ではその第1及び第2の超音波信号はフローに対して下流方向に伝播させている。別の実施形態では、第1の超音波信号はフロー方向とそれとの間で第1の角度が形成されるような第1の送信経路に沿って伝播する一方、第2の超音波信号はフロー方向とそれとの間で異なる第2の角度を形成する第2の送信経路に沿って伝播する。
【選択図】図1
Description
上式において、
Voは、超音波放出体110により放出され送信経路115に沿って超音波受信器130まで伝播される超音波信号の観測速度であり、
Cは、コンジット100を通過して流れる媒質中の音速であり、
Vは、コンジット100を通過して流れる媒質の流量であり、また
αは、超音波放出体110により放出される超音波信号の送信経路115とフロー方向199との間の角度である。
t1=P1/(C+Vcosα) (2)
上式において、
t1は、超音波放出体110により放出される超音波信号が超音波受信器130に到達するまでの伝播時間であり、また
P1は、超音波信号が超音波放出体110から超音波受信器130まで伝播される経路長である。
上式において、
t2は、超音波放出体120により放出される超音波信号が超音波受信器140に到達するまでの伝播時間であり、
P2、超音波信号が超音波放出体120から超音波受信器140まで伝播される経路長であり、また
βは、超音波放出体120により放出される超音波信号の送信経路125とフロー方向199との間の角度である。
式(2)を用いると共に式(4)からのCの代入によって、媒質の流量Vを次式のようにして決定することができる(明瞭にするために式の変換は省略した)。
式(4)を用いると共に式(5)からのVの代入によって、コンジット100中を流れる媒質中の音速Cを次式のようにして決定することができる(明瞭にするために式の変換は省略した)。
式(5)及び(6)から、超音波放出体110及び120と受信器130及び140の位置決めが媒質中の流量及び音速の決定の正確さに大きな影響を及ぼすことが分かる。例えば、角度αとβの間の差を大きくすると結果をより正確にすることができる。しかし具体的なある用途では、超音波放出体110及び120と受信器130及び140の配列はコンジット100の幾何学的寸法による影響を受ける可能性がある。
110 超音波放出体
115 送信経路
120 超音波放出体
125 送信経路
130 超音波受信器
140 超音波受信器
145 超音波トランスジューサ
160 超音波反射体
199 フロー方向
200 グラフ
210 上流側信号
220 下流側信号
1000 超音波流量計
Claims (20)
- コンジット中をあるフロー方向で流れる媒質の流量を計測するための超音波流量計であって、
前記コンジットに装着された第1の超音波放出体及び第2の超音波放出体と、
前記コンジットに装着されると共に前記第1の超音波放出体により放出された第1の超音波信号を受信するように構成された第1の超音波受信器であって、前記第1の超音波信号は第1の送信経路長に沿って前記フロー方向の下流方向またはこれと実質的に垂直な方向に伝播すると共に前記第1の送信経路と前記フロー方向の間に第1の角度を形成している第1の超音波受信器と、
前記コンジットに装着されると共に前記第2の超音波放出体により放出された第2の超音波信号を受信するように構成された第2の超音波受信器であって、前記第2の超音波信号は第2の送信経路長に沿って前記フロー方向に対する下流方向に伝播すると共に前記第2の送信経路と前記フロー方向の間に第2の角度を形成しており、かつ前記第1の角度と前記第2の角度が異なっている第2の超音波受信器と、を備えており、
前記流量は、前記第1の超音波信号が前記第1の超音波放出体から前記第1の超音波受信器まで伝播する第1の時間間隔並びに前記第2の超音波信号が前記第2の超音波放出体から前記第2の超音波受信器まで伝播する第2の時間間隔に基づいて決定されている超音波流量計。 - 前記第1の超音波信号は前記フロー方向と実質的に垂直に伝播する、請求項1に記載の超音波流量計。
- 前記コンジットに装着された超音波反射体をさらに備えており、前記第1の超音波信号は前記第1の超音波放出体から前記超音波反射体まで伝播し、反射されて前記第1の超音波受信器まで戻されている、請求項2に記載の超音波流量計。
- 前記第1の超音波放出体及び前記第1の超音波受信器が超音波トランスジューサによって提供される、請求項3に記載の超音波流量計。
- 前記流量は、前記第1の時間間隔に対する前記第1の送信経路長の第1の比と前記第2の時間間隔に対する前記第2の送信経路長の第2の比との間の差を求め、該差をさらに前記第1の角度の余弦と前記第2の角度の余弦の間の差によって割り算した値として決定される、請求項1に記載の超音波流量計。
- 前記媒質中の音速は、前記第1の時間間隔及び前記第2の時間間隔に基づいて決定されている、請求項1に記載の超音波流量計。
- 前記媒質中の音速は、前記第1の送信経路長に前記第2の角度の余弦を掛け算したものの前記第1の時間間隔に対する第1の比と前記第2の送信経路長に前記第1の角度の余弦を掛け算したものの前記第2の時間間隔に対する第2の比の間の差を求め、該差をさらに前記第2の角度の前記余弦と前記第1の角度の前記余弦の間の差によって割り算した値として決定される、請求項6に記載の超音波流量計。
- 前記超音波放出体と前記超音波受信器のうちの少なくとも一方は前記コンジットの内部表面上に装着されている、請求項1に記載の超音波流量計。
- コンジット中をあるフロー方向に流れる媒質の流量を計測する方法であって、
前記コンジットに装着された第1の超音波放出体から前記コンジットに装着された第1の超音波受信器まで第1の送信経路長に沿って前記フロー方向の下流方向またはこれと実質的に垂直な方向で第1の超音波信号を送信すると共に前記第1の送信経路と前記フロー方向の間に第1の角度を形成するステップと、
前記コンジットに装着された第2の超音波放出体から前記コンジットに装着された第2の超音波受信器まで第2の送信経路長に沿って前記フロー方向に対する下流方向に第2の超音波信号を送信すると共に前記第2の送信経路と前記フロー方向の間に第2の角度を形成するステップであって、前記第1の角度と前記第2の角度が異なっている送信形成ステップと、
前記第1の超音波信号が前記第1の超音波放出体から前記第1の超音波受信器まで伝播する第1の時間間隔を計測するステップと、
前記第2の超音波信号が前記第2の超音波放出体から前記第2の超音波受信器まで伝播する第2の時間間隔を計測するステップと、
前記第1の時間間隔及び前記第2の時間間隔に基づいて前記流量を決定するステップと、
を含む方法。 - 前記第1の超音波信号は前記フロー方向と実質的に垂直に伝播する、請求項9に記載の方法。
- 前記第1の超音波放出体から伝播する前記第1の超音波信号を前記第1の超音波受信器に戻すように反射させるステップをさらに含む請求項10に記載の方法。
- 前記第1の超音波放出体及び前記第1の超音波受信器が超音波トランスジューサによって提供される、請求項11に記載の方法。
- 前記流量を決定する前記ステップは、前記第1の時間間隔に対する前記第1の送信経路長の第1の比と前記第2の時間間隔に対する前記第2の送信経路長の第2の比との間の差を決定するステップを含んでおり、前記差はさらに前記第1の角度の余弦と前記第2の角度の余弦の間の差によって割り算されている、請求項9に記載の方法。
- 前記第1の時間間隔及び前記第2の時間間隔に基づいて前記媒質中の音速を決定するステップをさらに含む請求項9に記載の方法。
- 前記媒質中の前記音速を決定する前記ステップは、前記第1の送信経路長に前記第2の角度の余弦を掛け算したものの前記第1の時間間隔に対する第1の比と前記第2の送信経路長に前記第1の角度の余弦を掛け算したものの前記第2の時間間隔に対する第2の比の間の差を決定するステップを含んでおり、前記差はさらに前記第2の角度の前記余弦と前記第1の角度の前記余弦の間の差によって割り算されている、請求項14に記載の方法。
- コンジット中をあるフロー方向で流れる媒質の流量を計測するための超音波流量計であって、
前記コンジットに装着された第1の超音波放出体及び第2の超音波放出体と、
前記コンジットに装着されると共に前記第1の超音波放出体により放出された第1の超音波信号を受信するように構成された第1の超音波受信器であって、前記第1の超音波信号は第1の送信経路長に沿って伝播すると共に前記第1の送信経路と前記フロー方向の間に第1の角度を形成している第1の超音波受信器と、
前記コンジットに装着されると共に前記第2の超音波放出体により放出された第2の超音波信号を受信するように構成された第2の超音波受信器であって、前記第2の超音波信号は第2の送信経路長に沿って伝播すると共に前記第2の送信経路と前記フロー方向の間に第2の角度を形成しており、かつ前記第1の角度と前記第2の角度が異なっている第2の超音波受信器と、を備えており、
前記流量は前記第1の超音波信号が前記第1の超音波放出体から前記第1の超音波受信器まで伝播する第1の時間間隔並びに前記第2の超音波信号が前記第2の超音波放出体から前記第2の超音波受信器まで伝播する第2の時間間隔に基づいて決定されている超音波流量計。 - 前記第1の超音波信号は前記フロー方向と実質的に垂直に伝播する、請求項16に記載の超音波流量計。
- 前記コンジットに装着された超音波反射体をさらに備えており、前記第1の超音波信号は前記第1の超音波放出体から前記超音波反射体まで伝播し、反射されて前記第1の超音波受信器まで戻されている、請求項17に記載の超音波流量計。
- 前記第1の超音波放出体及び前記第1の超音波受信器が超音波トランスジューサによって提供される、請求項18に記載の超音波流量計。
- 前記第1の超音波信号は前記フロー方向の下流方向またはこれと実質的に垂直な方向に伝播しており、かつ前記第2の超音波信号は前記フロー方向に対する下流方向に伝播している、請求項16に記載の超音波流量計。
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