JP2014182024A - 超音波測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の内壁に付着物が生じていても高い測定精度を実現することができる超音波測定器を提供する。
【解決手段】超音波測定器１は、配管ＴＢを流れる流体Ｘに対して送信した超音波信号Ｕの反射信号Ｒを受信するトランスデューサ１３と、トランスデューサ１３からの受信信号を用いて配管ＴＢの径方向における流体Ｘの流速分布を求める流速分布演算部２３と、流速分布演算部２３で求められた流体Ｘの流速分布を示す流速分布データに基づいて配管ＴＢに対する付着物の有無を判定するとともに、その判定結果に応じて流速分布データを用いて付着物の厚みを求める付着物判定処理部２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて流体の流速、流量等の測定を行う超音波測定器に関する。

配管内を流れる流体の流速、流量等を測定する測定器の１つとして、超音波を用いた超音波測定器が知られている。この超音波測定器は、配管に対する穴あけ等の加工をすることなしに、超音波の送受信を行うトランスデューサを配管の外表面に取り付けるだけで測定を行うことができるという利点がある。この超音波測定器の代表的なものに透過法（伝播時間差法）を用いるもの、或いは反射法を用いるものがある。

透過法を用いる超音波測定器は、配管内を流れる流体に対して斜め方向に超音波信号を送受信し、流体の流れに沿う向きに超音波信号を送受信した場合の伝播時間と、流体の流れに逆らう向きに超音波信号を送受信した場合の伝播時間との差を求めることで、配管内を流れる流体の流速等を測定するものである。これに対し、反射法を用いる超音波測定器は、配管内を流れる流体に対して斜め方向に超音波信号を送信し、流体に含まれる気泡や微小粒子（パーティクル）からの反射信号を受信して配管内を流れる流体の流速等を測定するものである。

ここで、上記の反射法を用いる超音波測定器は、測定原理に着目するとドップラー法を用いるものと反射相関法を用いるものに分類される。ドップラー法を用いるものは、流体に含まれる気泡等の速さに応じて生ずる受信信号の周波数偏移量（ドップラシフト量）に基づいて流体の流速等を測定する。これに対し、反射相関法を用いるものは、流体に対する超音波信号の送受信を複数回行って得られる複数の受信信号の相関から流速等を測定する。

以下の特許文献１には、透過法による測定と反射相関法による測定との双方が可能な従来の超音波測定器が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、透過法によって流量を測定する場合に、反射相関法及び透過法によってそれぞれ測定された平均流速から流量補正係数を求め、透過法によって測定された平均流速と流量補正係数とを元に正確な流量を算出する超音波測定器が開示されている。

特開２００５−１８１２６８号公報 特開２０１０−１８１３２６号公報

ところで、上述した透過法を用いる超音波測定器は、流体の流速（平均流速）を測定した後で、測定した流速に流路の断面積（配管の内径に基づいた流路の断面積）を乗算することによって流量を測定している。また、上述した反射法を用いる超音波測定器は、配管の径方向における流速分布を測定した後で、測定した流速分布を配管の径方向に沿って積分する（配管の内径の分だけ積分する）ことによって流量を測定している。

このため、配管の内壁に付着物が生じている場合には、流量を求めるために用いている配管の内径と流体が流れる実際の流路の断面積とが異なるため、測定される流量に誤差が生じてしまうという問題がある。ここで、上記の付着物は、例えば配管に流れる流体が重油等の粘性の大きな流体である場合、或いは泥等の不純物が多く含まれる流体が配管に流れている場合に生じ得る。近年においては、超音波測定器の測定精度の向上が要求されており、配管の内壁に付着物が生じている状況下においても、高い測定精度を実現する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、配管の内壁に付着物が生じていても高い測定精度を実現することができる超音波測定器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の超音波測定器は、配管（ＴＢ）を流れる流体（Ｘ）に対して送信した超音波信号（Ｕ）の反射信号（Ｒ）を受信する受信部（１３）と、該受信部からの受信信号（Ｓ３）を用いて前記配管の径方向における前記流体の流速分布を求める流速分布算出部（２３）とを備える超音波測定器（１）において、前記流速分布算出部で求められた前記流体の流速分布を示す流速分布データに基づいて前記配管に対する付着物（ＡＭ）の有無を判定するとともに、該判定結果に応じて前記流速分布データを用いて前記付着物の厚みを求める付着物判定処理部（２４）を備えることを特徴としている。
この発明によると、流速分布算出部で求められた流体の流速分布を示す流速分布データに基づいて配管に対する付着物の有無が判定されるとともに、この判定結果に応じて流速分布データを用いて付着物の厚みが求められる。
また、本発明の超音波測定器は、前記付着物判定処理部が、前記流体の流路径を、前記付着物の厚みの分だけ減じたものに変更することを特徴としている。
また、本発明の超音波測定器は、前記流速分布データと、前記付着物判定処理部で変更された前記流体の流路径とを用いて前記流体の流量を算出する流量算出部（２５）を備えることを特徴としている。
また、本発明の超音波測定器は、前記付着物判定処理部が、前記流体に対する前記超音波信号の送信が連続して行われた場合に得られる少なくとも２つの連続する前記流速分布データを用いて前記配管に対する付着物の有無を判定することを特徴としている。
また、本発明の超音波測定器は、前記付着物判定処理部が、前記少なくとも２つの連続する前記流速分布データの同じ部分で予め規定された閾値を超えるデータが得られていない場合に、前記付着物があると判定し、当該部分に含まれるデータ数から前記付着物の厚みを求めることを特徴としている。
また、本発明の超音波測定器は、前記付着物判定処理部で求められた前記付着物の厚みを示す情報を出力する出力部（２６）を備えることを特徴としている。

本発明によれば、流速分布算出部で求められた流体の流速分布を示す流速分布データに基づいて配管に対する付着物の有無を判定するとともに、この判定結果に応じて流速分布データを用いて付着物の厚みを求めるようにしているため、配管の内壁に付着物が生じていても高い測定精度を実現することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による超音波測定器の要部構成を示すブロック図である。 配管の内壁に対する付着物の有無による流速分布の変化を説明するための図である。 本発明の一実施形態による超音波測定器が備える信号処理装置で行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波測定器で得られる流速分布の一例を示す図である。 配管の付着物の厚みと流量の測定誤差との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による超音波測定器について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による超音波測定器の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の超音波測定器１は、制御部１１、送信回路１２、トランスデューサ１３（受信部）、アンプ１４、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１５、及び信号処理装置１６を備えており、超音波信号Ｕを用いて配管ＴＢ内を流れる流体Ｘの流速、流量等を測定する。

尚、本実施形態の超音波測定器１は、反射相関法を用いて流体Ｘの流速、流量等を測定するものである。つまり、配管ＴＢ内を流れる流体Ｘに対して斜め方向に超音波信号Ｕを複数回に亘って送信するとともに、流体Ｘに含まれる気泡Ｂや微小粒子（パーティクル）からの反射信号Ｒを複数回に亘って受信し、受信信号Ｓ３に対する相関処理を行って配管ＴＢ内を流れる流体Ｘの流速、流量等を測定するものである。

制御部１１は、送信回路１２及びＡ／Ｄ変換器１５に対してトリガ信号Ｔｒを出力して、流体Ｘに対する超音波信号Ｕの送信制御及びアンプ１４から出力される受信信号のサンプリング制御を行う。送信回路１２は、制御部１１から出力されるトリガ信号Ｔｒに基づいて、流体Ｘに送信すべき超音波信号Ｕを発生させるための駆動信号Ｓ１を出力する。ここで、駆動信号Ｓ１は、所定の時間間隔（例えば、数百μｓｅｃ程度）をもったパルス状（バースト状）の信号である。

トランスデューサ１３は、流体Ｘが流れる配管ＴＢの外表面に取り付けられており、送信回路１２から出力される駆動信号Ｓ１に基づいて配管ＴＢ内を流れる流体Ｘに対して超音波信号Ｕを送信するとともに、流体Ｘから得られる超音波信号Ｕの反射信号Ｒを受信して受信信号Ｓ２を出力する。尚、トランスデューサ１３は、配管ＴＢに対する穴あけ等の加工をすることなく取り付けが可能である。

ここで、トランスデューサ１３は、配管ＴＢ内を流れる流体Ｘに対して斜め方向に超音波信号Ｕを送信する。具体的には、図１に示す通り、配管ＴＢ内を流れる流体Ｘの流れ方向に直交してトランスデューサ１３を通る配管ＴＢの径方向に対して角度θをもって超音波信号Ｕを送信する。これにより、トランスデューサ１３からの超音波信号Ｕは、図１中の経路ＰＴに沿って流体Ｘ内を進むことになる。

アンプ１４は、トランスデューサ１３から出力される受信信号Ｓ２を所定の増幅率で増幅する。Ａ／Ｄ変換器１５は、制御部１１から出力されるトリガ信号Ｔｒに基づいてサンプリング処理を行い、アンプ１４から出力される受信信号（アナログ信号）を受信信号Ｓ３（ディジタル信号）に変換する。尚、トリガ信号ＴｒによってＡ／Ｄ変換器１５のサンプリング制御が行われることで、トランスデューサ１３から超音波信号Ｕが送信された直後に発生するノイズ等の除去が可能である。

信号処理装置１６は、メモリ２１、相関処理部２２、流速分布演算部２３（流速分布算出部）、付着物判定処理部２４、流量演算部２５（流量算出部）、及び出力部２６を備えており、Ａ／Ｄ変換器１５から出力される受信信号Ｓ３を用いて流体Ｘの流速、流量等を測定し、その測定結果を出力する。尚、本実施形態では、信号処理装置１６が、流体Ｘの流速及び流量を測定して出力するものとして説明するが、流体Ｘの流速のみを測定して出力しても良い。また、流体Ｘの流速及び流量の双方を測定せずに、配管ＴＢの内壁に生じている付着物の厚みを測定して出力するようにしても良い。

メモリ２１は、Ａ／Ｄ変換器１５から出力される受信信号Ｓ３を記憶する。尚、超音波信号Ｕは数十〜数百回程度に亘って繰り返し送信されるため、メモリ２１には超音波信号Ｕが送信される度にＡ／Ｄ変換器１５から出力される受信信号Ｓ３が順次記憶される。相関処理部２２は、メモリ２１に記憶された受信信号を順次読み出して相関処理を行う。具体的に、相関処理部２２は、所定の時間間隔（例えば、数百μｓｅｃ）をもって行われた流体Ｘに対する複数回の超音波信号Ｕの送信によって得られる複数の受信信号をメモリ２１から読み出す。そして読み出した受信信号を時間位置に応じて複数の区分に分割し、区分毎の相関処理を行う。尚、相関処理部２２で行われる相関処理の詳細については後述する。

流速分布演算部２３は、相関処理部２２で行われる相関処理の処理結果を用いて、配管ＴＢの径方向における流体Ｘの流速分布を測定する。具体的には、相関が最大となる時間間隔を上記の区分毎に求め、各々の時間間隔から区分毎の流体Ｘの流速を求める。かかる処理によって、流体Ｘの流速分布を示す流速分布データが得られる。付着物判定処理部２４は、流速分布演算部２３で得られた流速分布データに基づいて、配管ＴＢの内壁に対する付着物の有無を判定する。また、付着物判定処理部２４は、配管ＴＢに対する付着物が有ると判定した場合には、流速分布演算部２３で得られた流速分布データを用いて付着物の厚みを求める。

また、付着物判定処理部２４は、配管ＴＢに対する付着物が有ると判定した場合には、流体Ｘの流路径を、付着物の厚みの分だけ減じたものに変更する。つまり、配管ＴＢの内壁に付着物が生じていない場合には流体Ｘの流路径は配管ＴＢの径に等しいと考えることができるが、配管ＴＢの内壁に付着物が生じている場合には付着物の分だけ流体Ｘの流路が狭くなると考えることができるため、流体Ｘの流路径を付着物の厚みの分だけ減じたものに変更することとしている。

ここで、付着物判定処理部２４は、流体Ｘに対する超音波信号Ｕの送信が連続して行われた場合に得られる少なくとも２つの連続する流速分布データを用いて配管ＴＢに対する付着物の有無を判定する。具体的には、上記の連続する流速分布データの同じ部分で予め規定された閾値を超えるデータが得られていない場合に、配管ＴＢの内壁に付着物が生じていると判定する。また、付着物判定処理部２４は、配管ＴＢの内壁に付着物が生じていると判定した場合には、その部分に含まれるデータ数（換言すると、前述した区分の数）から付着物の厚みを求める。

流量演算部２５は、流速分布演算部２３で得られた流速分布データと、配管ＴＢの内径（付着物判定処理部２４によって流路径が変更された場合には、変更後の流路径）とを用いて流体Ｘの流量を測定する。具体的には、流速分布演算部２３で得られた流速分布データを、配管ＴＢの径方向に沿って配管ＴＢの内径の分だけ（付着物判定処理部２４によって流路径が変更された場合には、変更後の流路径の分だけ）積分することによって流量を測定する。

出力部２６は、流速分布演算部２３で求められた流体Ｘの流速分布、流量演算部２５で求められた流体Ｘの流量、或いは付着物判定処理部２４で求められた配管ＴＢの内壁に生じている付着物の厚み等を示す情報を出力する。この出力部２６は、これらの情報を、液晶表示装置等の表示装置に表示可能な形式で出力しても良く、有線通信又は無線通信で外部に送信可能な形式で出力しても良い。

ここで、付着物の有無による流速分布の変化について簡単に説明する。図２は、配管の内壁に対する付着物の有無による流速分布の変化を説明するための図である。図２に示す通り、トランスデューサ１３が取り付けられている配管ＴＢの内径は「Ｄ」であるとする。配管ＴＢの内壁に付着物が生じていない場合には、図２（ａ）に示す通り、流体Ｘの流路径は、配管ＴＢの内径「Ｄ」と等しいと考えることができ、流体Ｘの流速分布は、図２（ｂ）中に点線で示す流速分布ｆ２となる。

これに対し、配管ＴＢの内壁に付着物ＡＭが生じている場合には、流体Ｘの流路径は、配管ＴＢの内径「Ｄ」よりも狭くなる。図２（ｂ）に示す例では、流体Ｘの流路径は、付着物ＡＭの平均的な厚みｔ１，ｔ２の和の分だけ狭くなっている。このような場合における流体Ｘの流速分布は、図２（ｂ）中に実線で示す流速分布ｆ１となる。この流速分布ｆ１を参照すると、付着物ＡＭが生じている部分の流速はほぼゼロであり、配管ＴＢの中央部における流速は、付着物ＡＭが生じていない配管ＴＢに単位時間当りの流量が同じである流体Ｘが流れた場合の流速よりも高くなる。本実実施形態の超音波測定器１は、このような流速分布ｆ１が得られる場合であっても、流量等を正確に測定することが可能なものである。

次に、上記構成における超音波測定器１の動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態による超音波測定器が備える信号処理装置で行われる処理を示すフローチャートである。尚、図３に示すフローチャートは、制御部１１の制御によって超音波測定器１の動作が開始され、Ａ／Ｄ変換器１５から出力される受信信号Ｓ３が信号処理装置１６のメモリ２１に複数記憶された後に開始される。

超音波測定器１の動作が開始されると、まず第１回目の超音波信号を送信して受信信号Ｓ３をメモリ２１に記憶する動作（第１回目測定動作）が行われる。具体的には、まず制御部１１から第１回目のトリガ信号Ｔｒが出力されて送信回路１２及びＡ／Ｄ変換器１５に入力される。このトリガ信号Ｔｒが送信回路１２に入力されると、トリガ信号Ｔｒに基づいた駆動信号Ｓ１が生成されてトランスデューサ１３に出力される。この駆動信号Ｓ１が入力されるとトランスデューサ１３が駆動され、トランスデューサ１３から送信された超音波信号Ｕが配管ＴＢ内を流れる流体Ｘに入射する。

流体Ｘに入射した超音波信号Ｕ１は、図１に示す経路ＰＴに沿って流体Ｘを伝播する。ここで、経路ＰＴ上に気泡Ｂが存在すると、超音波信号Ｕ１の一部が気泡Ｂによって反射されて反射信号Ｒが生ずる。この反射信号Ｒは、経路ＰＴを逆向きに辿ってトランスデューサ１３で受信される。このように、トランスデューサ１３から出力される受信信号Ｓ２には、気泡Ｂに起因する反射信号Ｒを受信して得られる信号が含まれることになる。

また、上記のトリガ信号ＴｒがＡ／Ｄ変換器１５に入力されると、Ａ／Ｄ変換器１５でサンプリングが開始される。このため、トランスデューサ１３から出力される受信信号Ｓ２（気泡Ｂに起因する反射信号Ｒを受信して得られる信号が含まれる信号）がＡ／Ｄ変換器１５に入力されるとサンプリングされて受信信号Ｓ３に変換され、変換された受信信号Ｓ３が信号処理装置１６のメモリ２１に順次記憶される。超音波信号Ｕ１が配管ＴＢ内を流れる流体Ｘに入射してから、経路ＰＴを往復するのに要する時間が経過すると以上の第１回目測定動作が終了する。

次に、第１回目の超音波信号が送信された時刻から所定の時間間隔（例えば、数百μｓｅｃ）が経過すると、制御部１１から第２回目のトリガ信号Ｔｒが出力されて、第２回目の超音波信号を送信して受信信号Ｓ３をメモリ２１に記憶する動作（第２回目測定動作）が行われる。尚、第２回目測定動作は、第１回目測定動作と同様に行われるため、詳細な説明は省略する。以降、同様に、第３回目測定動作、第４回目測定動作、…が順次行われ、Ａ／Ｄ変換器１５から出力される受信信号Ｓ３が信号処理装置１６のメモリ２１に順次記憶される。

以上の動作によってメモリ２１に受信信号Ｓ３が複数記憶された後に、図３に示すフローチャートの処理が開始される。処理が開始されると、まずメモリ２１に記憶された受信信号を相関処理部２２に読み出す処理が行われる（ステップＳ１１）。具体的には、上述した第１回目測定動作、第２回目測定動作、第３回目測定動作、…の各々で得られた受信信号を順次メモリ２１から相関処理部２２に読み出す処理が行われる。

次に、相関処理部２２において、読み出した各々の受信信号を複数の区分に分割する処理（ステップＳ１２）が行われるとともに、分割した受信信号の相関処理（区分毎の相関処理）が実施される（ステップＳ１３）。具体的には、上述した第１回目測定動作で得られた受信信号と第２回目測定動作で得られた受信信号との相関処理、上述した第２回目測定動作で得られた受信信号と第３回目測定動作で得られた受信信号との相関処理、…第ｉ回目測定動作（ｉは１以上の整数）で得られた受信信号と第（ｉ＋１）回目測定動作で得られた受信信号との相関処理、…が順次行われる。

続いて、区分毎に得られた相関値が予め規定された基準相関値よりも大であるか否かが相関処理部２２で判断される（ステップＳ１４）。ここで、基準相関値以下の相関値が得られた区分については、その相関値の算出に用いたデータ（ステップＳ１２で分割された受信信号）を破棄する処理が相関処理部２２で行われる（ステップＳ１５）。これに対し、基準相関値よりも大きな相関値が得られた区分については、データの破棄は行われない（ステップＳ１５の処理が省略される）。このような処理を行うのは、相関値の小さなデータを予め排除することによって、高い精度で流速を測定するためである。

以上の処理が終了すると、相関処理部２２の相関処理の結果を用いて流体Ｘの流速分布を求める処理が流速分布演算部２３で行われる（ステップＳ１６）。具体的には、第ｉ回目測定動作で得られた受信信号と第（ｉ＋１）回目測定動作で得られた受信信号との相関処理の結果を用いて、区分毎に相関が最大となる時間間隔が求められ、各々の時間間隔から区分毎の流体Ｘの流速が求められる。尚、ステップＳ１５の処理によってデータが欠損している区分がある場合には、その区分のデータを補間した上で区分毎の流体Ｘの流速が求められる。これにより、配管ＴＢの径方向における流体Ｘの流速分布を示す流速分布データが得られる。

次いで、流速分布演算部２３で得られた流速分布データに基づいて、配管ＴＢの内壁に対する付着物ＡＭの有無が付着物判定処理部２４で判定される（ステップＳ１７）。具体的には、流速分布演算部２３で連続して得られた複数の流速分布データについて、流速がほぼゼロとなる部分が有るか否か（流速が予め規定された閾値以下となる部分有るか否か）が判定される。

図４は、本発明の一実施形態による超音波測定器で得られる流速分布の一例を示す図である。尚、図４においては、横軸に配管ＴＢの径方向の位置をとり、縦軸に流速をとっている。ここで、横軸の原点（位置「０」）は配管ＴＢの中心軸の位置を示しており、横軸の位置「ｒ０」は配管ＴＢの内壁の位置を示している。

図４（ａ）に示す通り、配管ＴＭの内壁に付着物ＡＭが生じていない場合（流体Ｘの流路径が配管ＴＢの内径と等しいと考えることができる場合）には、流体Ｘの流速分布は、配管ＴＢの内壁の近傍でも流速がある程度の大きさを有するものとなる。これに対し、配管ＴＭの内壁に付着物ＡＭが生じている場合には、流体Ｘの流速分布は、配管ＴＢの内壁の近傍では流速がほぼゼロとなる。このため、付着物判定処理部２４は、図４（ｂ）に示す通り、連続して流速がほぼゼロとなる部分（符号Ｒを付した部分）が有るか否かを判定する。

付着物ＡＭが無いと付着物判定処理部２４で判定された場合（ステップＳ１７の判定結果が「ＮＯ」の場合）には、流量演算部２５において、流速分布演算部２３で得られた流速分布データと、配管ＴＢの内径とを用いて流体Ｘの流量が測定される（ステップＳ１８）。つまり、図４（ａ）に示す通り、流体Ｘの流路径が配管ＴＢの内径と等しいと考えることができるため、流速分布演算部２３で得られた流速分布データと、配管ＴＢの内径とを用いて流体Ｘの流量が測定される。

これに対し、付着物ＡＭが有ると付着物判定処理部２４で判定された場合（ステップＳ１７の判定結果が「ＹＥＳ」の場合）には、付着物の厚みを算出する処理（ステップＳ１９）、及び流路径を変更する処理（付着物の厚みの分だけ流体Ｘの流路径を減ずる処理）が付着物判定処理部２４で行われる（ステップＳ２０）。具体的には、図４（ｂ）において符号Ｒを付した連続して流速がほぼゼロとなる部分の幅（厚み）を求め、配管ＴＢの内径からその幅（厚み）を減ずる処理が行われる。そして、流量演算部２５において、流速分布演算部２３で得られた流速分布データと、ステップＳ２０で変更された流体Ｘの流路径とを用いて流体Ｘの流量が測定される（ステップＳ１８）。

次に、付着物ＡＭに起因する流量の測定誤差について検討する。以下では、配管ＴＢの内径が１００［ｍｍ］であり、流体Ｘの流速が１［ｍ／ｓｅｃ］程度であり、流体Ｘのレイノルズ数が１×１０^６である場合を想定する。また、配管ＴＢの中心軸における流速をＶ０とし、レイノルズ数をＲｅとし、配管ＴＢの内半径をｒ０とし、配管ＴＢの中心軸からの距離をｒとする。

まず、配管ＴＢの内壁に付着物ＡＭが生じていない場合について検討する。十分に発達した乱流における対数則による流速分布Ｖｆ（ｒ）は、以下の（１）式で表される。

この流速分布Ｖｆ（ｒ）から求められる反射相関法での流量Ｖｒは、以下の（２）式で表される。

このときの平均流速Ｖｆ_ＡＶは、以下の（３）式で表される。

この平均流速Ｖｆ_ＡＶに配管ＴＢの断面積を掛けたものが透過法の流量として測定されることから、透過法での流量Ｖｔは、以下の（４）式で表される。

反射相関法で得られる流量と透過法で得られる流量との流量補正係数Ｋｒは、以下の（５）式で表される。

前述した想定の下では、流量補正係数Ｋｒは約０．９５２となる。

次に、配管ＴＢの内壁に付着物ＡＭが生じている場合について検討する。付着物ＡＭの厚みをａｔとすると、十分に発達した乱流における対数則による流速分布Ｖａ（ｒ）は、以下の（６）式で表される。

この流速分布Ｖａ（ｒ）から求められる反射相関法での流量Ｖａｒは、以下の（７）式で表される。

このときの平均流速Ｖａ_ＡＶは、以下の（８）式で表される。

この平均流速Ｖａ_ＡＶに配管ＴＢの断面積を掛けたものが透過法の流量として測定されることから、透過法での流量Ｖａｔは、以下の（９）式で表される。

反射相関法で得られる流量と透過法で得られる流量との流量補正係数Ｋａｒは、以下の（１０）式で表される。

付着物ＡＭがあるときの流量の測定誤差Ｅａは、上記（１０）式で表される付着物ＡＭが生じている場合の流量補正係数Ｋａｒと、前述した（５）式で表される付着物ＡＭが生じていない場合の流量補正係数Ｋｒとを比べれば良く、以下の（１１）式で表される。

ここで、付着物ＡＭの厚みａｔが配管ＴＢの内半径ｒ０の１０％である場合の流量の測定誤差Ｅａを試算すると約−１９．００３％となる。図５は、配管の付着物の厚みと流量の測定誤差との関係を示す図である。図５を参照すると、配管ＴＢの内半径に対する付着物ＡＭの厚みの割合が増加するのに比例して、流量の測定誤差が増大するのが分かる。本実施形態の超音波測定器１は、付着物ＡＭの厚みに応じて流体Ｘの流路径を変更した上で流体Ｘの流量を測定しているため、このような測定誤差を効果的に低減することが可能である。

以上説明した通り、本実施形態では、流体Ｘの流速分布を示す流速分布データに基づいて配管ＴＢに対する付着物ＡＭの有無を判定し、付着物ＡＭが有ると判定した場合には、流速分布データを用いて付着物ＡＭの厚みを求めるようにしている。そして、流体Ｘの流路径を、付着物ＡＭの厚みの分だけ減じたものに変更した上で、流体Ｘの流量を求めるようにしている。このため、配管ＴＢの内壁に付着物ＡＭが生じていても、流体Ｘの流量を高い精度で測定することができる。

以上、本発明の一実施形態による超音波測定器１について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、配管ＴＢの内壁に生じた付着物ＡＭの厚みを求めることが可能であるため、例えば付着物ＡＭの厚みがある既定値以上になった場合には、アラームを発生させるようにしても良い。

また、上記実施形態では、反射相関法を用いて流体の流速、流量等を求める超音波測定器を例に挙げて説明したが、本発明は、配管ＴＢの径方向における流体Ｘの流速分布を求めることができる超音波測定器に適用可能である。例えば、ドップラー法を用いて流体の流速、流量等を求める超音波測定器にも適用可能である。

１ 超音波測定器
１３ トランスデューサ
２３ 流速分布演算部
２４ 付着物判定処理部
２５ 流量演算部
２６ 出力部
ＡＭ 付着物
Ｒ 反射信号
Ｓ３ 受信信号
ＴＢ 配管
Ｕ 超音波信号
Ｘ 流体

Claims (6)

1. 配管を流れる流体に対して送信した超音波信号の反射信号を受信する受信部と、該受信部からの受信信号を用いて前記配管の径方向における前記流体の流速分布を求める流速分布算出部とを備える超音波測定器において、
   前記流速分布算出部で求められた前記流体の流速分布を示す流速分布データに基づいて前記配管に対する付着物の有無を判定するとともに、該判定結果に応じて前記流速分布データを用いて前記付着物の厚みを求める付着物判定処理部を備えることを特徴とする超音波測定器。
2. 前記付着物判定処理部は、前記流体の流路径を、前記付着物の厚みの分だけ減じたものに変更することを特徴とする請求項１記載の超音波測定器。
3. 前記流速分布データと、前記付着物判定処理部で変更された前記流体の流路径とを用いて前記流体の流量を算出する流量算出部を備えることを特徴とする請求項２記載の超音波測定器。
4. 前記付着物判定処理部は、前記流体に対する前記超音波信号の送信が連続して行われた場合に得られる少なくとも２つの連続する前記流速分布データを用いて前記配管に対する付着物の有無を判定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の超音波測定器。
5. 前記付着物判定処理部は、前記少なくとも２つの連続する前記流速分布データの同じ部分で予め規定された閾値を超えるデータが得られていない場合に、前記付着物があると判定し、当該部分に含まれるデータ数から前記付着物の厚みを求めることを特徴とする請求項４記載の超音波測定器。
6. 前記付着物判定処理部で求められた前記付着物の厚みを示す情報を出力する出力部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の超音波測定器。

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