JP2016038264A - External ultrasonic flowmeter for gas and gas flow rate measuring method - Google Patents

External ultrasonic flowmeter for gas and gas flow rate measuring method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an external ultrasonic flowmeter for gas, which can measure a flow rate of a gas flowing in a pipe even in a state to be externally mounted on the pipe.SOLUTION: An external ultrasonic flowmeter 1 for gas, which is externally mounted on a pipe 40 so as to measure a flow rate of a gas flowing in the pipe 40 by using an ultrasonic wave, includes: a transmission section 11 which is arranged on the external of the pipe 40 and to which voltage is applied so as to generate the ultrasonic wave corresponding to the magnitude of the voltage toward the interior of the pipe 40; a reception section 22 which is arranged on the external of the pipe 40 and which receives the ultrasonic wave which has been generated by the transmission section 11; and an application section 31 for applying the sine-wave voltage to the transmission section 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する気体用外付式超音波流量計及び気体流量計測方法に関する。   The present invention relates to an external ultrasonic flowmeter for gas and a gas flow measurement method for measuring the flow rate of a gas externally attached to a pipe and flowing in the pipe using ultrasonic waves.

従来、配管内を流れる液体または気体の流量を、超音波を用いて計測する超音波流量計が知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。特許文献1には、配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる液体の流量を計測する超音波流量計が開示されている。また、特許文献2には、配管内に取り付けられ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する超音波流量計が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a liquid or gas flowing in a pipe using ultrasonic waves is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Patent Document 1 discloses an ultrasonic flowmeter that is externally attached to a pipe and measures the flow rate of a liquid flowing through the pipe using ultrasonic waves. Patent Document 2 discloses an ultrasonic flowmeter that is attached in a pipe and measures the flow rate of the gas flowing in the pipe using ultrasonic waves.

特開2011−232297号公報JP 2011-232297 A 特開平9−43017号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-43017

ここで、配管を布設した後に当該配管内を流れる流体の流量を計測したい場合には、当該配管を切断または加工などにより当該配管内に超音波流量計を設置したりするようなことなく、超音波流量計を配管に外付けして当該流体の流量を計測したいとの要望がある。そして、当該流体が液体の場合には、超音波流量計を配管に外付けして、当該配管内を流れる液体の流量を計測することができる。   Here, when it is desired to measure the flow rate of the fluid flowing in the pipe after laying the pipe, the ultrasonic flowmeter is not installed in the pipe by cutting or processing the pipe. There is a desire to externally attach a sonic flow meter to the pipe and measure the flow rate of the fluid. And when the said fluid is a liquid, an ultrasonic flowmeter can be attached externally to piping, and the flow volume of the liquid which flows through the said piping can be measured.

しかしながら、上記従来の超音波流量計では、配管に外付けされた状態で、当該配管内を流れる気体の流量を計測することが困難であるという問題がある。   However, the conventional ultrasonic flowmeter has a problem that it is difficult to measure the flow rate of the gas flowing in the pipe while being externally attached to the pipe.

つまり、配管(例えば金属)と液体(例えば水)とは音響インピーダンスの差はそれほど大きくないが、気体(例えば空気)は、当該配管や液体に比べて音響インピーダンスが非常に小さいため、超音波が伝わりにくい。具体的には、金属と水とでは音響インピーダンスは1桁程度の違いであるのに対し、金属と空気とでは音響インピーダンスは4桁もの違いがある。そして、音響インピーダンスの値が大きく異なる2つの物質間においては、物質間の界面で超音波が反射されてしまい、超音波が伝わりにくくなる。   In other words, the difference in acoustic impedance between a pipe (for example, metal) and a liquid (for example, water) is not so large, but a gas (for example, air) has a very small acoustic impedance compared to the pipe or liquid, so that an ultrasonic wave Difficult to communicate. Specifically, the difference in acoustic impedance between metal and water is about one digit, whereas the difference between acoustic impedance in metal and air is as much as four digits. Then, between two substances having greatly different acoustic impedance values, the ultrasonic waves are reflected at the interface between the substances, and the ultrasonic waves are not easily transmitted.

このため、上記特許文献1のように、配管内を流れる液体の流量を計測する場合には、超音波流量計を当該配管に外付けしても、当該配管に邪魔されることなく当該液体の流量を計測することができる。しかし、超音波流量計を配管に外付けして当該配管内を流れる気体を計測しようとしても、超音波流量計から発生された超音波は、ほとんどが配管の内面で反射されて配管内を伝播し、気体中には伝播していかない。このため、上記特許文献2のように、配管内を流れる気体の流量を計測する場合には、超音波流量計から発生された超音波が当該配管に邪魔されずに気体中を伝播するように、超音波流量計を当該配管内に取り付ける必要がある。   For this reason, when measuring the flow rate of the liquid flowing in the pipe as in Patent Document 1, even if an ultrasonic flow meter is externally attached to the pipe, the liquid is not obstructed by the pipe. The flow rate can be measured. However, even if an ultrasonic flowmeter is attached to a pipe to measure the gas flowing in the pipe, most of the ultrasonic waves generated from the ultrasonic flowmeter are reflected by the inner surface of the pipe and propagate through the pipe. However, it does not propagate in the gas. For this reason, when measuring the flow rate of the gas flowing in the pipe as in Patent Document 2, the ultrasonic wave generated from the ultrasonic flowmeter is propagated through the gas without being disturbed by the pipe. It is necessary to install an ultrasonic flow meter in the pipe.

このように、上記従来の超音波流量計では、配管に外付けされた状態で当該配管内を流れる気体を計測しようとしても、超音波が気体中には伝播していかないため、当該気体の流量を計測することが困難であるという問題がある。   As described above, in the conventional ultrasonic flowmeter, even if an attempt is made to measure the gas flowing in the pipe while being externally attached to the pipe, the ultrasonic wave does not propagate into the gas. There is a problem that it is difficult to measure.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、配管に外付けされた状態でも、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる気体用外付式超音波流量計及び気体流量計測方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an external gas ultrasonic flowmeter capable of measuring the flow rate of the gas flowing in the pipe even when the pipe is externally attached, and An object is to provide a gas flow rate measuring method.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る気体用外付式超音波流量計は、配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する気体用外付式超音波流量計であって、前記配管の外方に配置され、電圧が印加されることで前記配管の内方に向けて当該電圧の大きさに応じた超音波を発生させる送信部と、前記配管の外方に配置され、前記送信部が発生させた超音波を受信する受信部と、前記送信部に正弦波の電圧を印加する印加部とを備える。   To achieve the above object, an external ultrasonic flowmeter for gas according to one aspect of the present invention is for a gas that is externally attached to a pipe and measures the flow rate of the gas flowing in the pipe using ultrasonic waves. An external ultrasonic flowmeter, which is disposed outside the pipe and generates an ultrasonic wave corresponding to the magnitude of the voltage toward the inside of the pipe when a voltage is applied And a receiving unit that is disposed outside the pipe and that receives ultrasonic waves generated by the transmitting unit, and an application unit that applies a sinusoidal voltage to the transmitting unit.

これによれば、気体用外付式超音波流量計において、配管の外方に配置された送信部に正弦波の電圧を印加して配管の内方に向けて超音波を発生させ、配管の外方に配置された受信部で当該超音波を受信することで、配管内を流れる気体の流量を計測する。ここで、本願発明者らは、鋭意研究と実験の結果、正弦波の電圧を印加して発生させた超音波は、従来のパルス波の電圧を印加して発生させた超音波に比べ、配管内を流れる気体中を良く伝播することを見出した。このため、気体用外付式超音波流量計において、正弦波の電圧を印加して超音波を発生させることで、配管に外付けされた状態でも、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる。   According to this, in the external ultrasonic flow meter for gas, a sine wave voltage is applied to the transmitter disposed outside the pipe to generate ultrasonic waves toward the inside of the pipe, The flow rate of the gas flowing through the pipe is measured by receiving the ultrasonic waves at the receiving unit arranged outside. Here, as a result of diligent research and experiments, the inventors of the present application have found that the ultrasonic wave generated by applying the voltage of the sine wave is compared with the ultrasonic wave generated by applying the voltage of the conventional pulse wave. It was found that it propagates well in the gas flowing inside. For this reason, in an external ultrasonic flowmeter for gas, by applying a sine wave voltage and generating ultrasonic waves, the flow rate of the gas flowing in the pipe is measured even when externally attached to the pipe. be able to.

また、前記送信部は、半波長の整数倍が前記配管の肉厚と等しくなるような前記超音波を発生させることにしてもよい。   The transmitter may generate the ultrasonic waves such that an integral multiple of a half wavelength is equal to the thickness of the pipe.

ここで、本願発明者らは、鋭意研究と実験の結果、半波長の整数倍が配管の肉厚と等しくなるように波長を調整した超音波の方が、配管内を流れる気体中を良く伝播することを見出した。このため、気体用外付式超音波流量計において、半波長の整数倍が配管の肉厚と等しくなるような超音波を発生させることで、配管に外付けされた状態でも、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる。   Here, as a result of diligent research and experiments, the inventors of the present application propagated better in the gas flowing in the pipe by using an ultrasonic wave whose wavelength is adjusted so that an integral multiple of a half wavelength is equal to the thickness of the pipe. I found out. For this reason, in the external ultrasonic flowmeter for gas, by generating an ultrasonic wave in which an integral multiple of a half wavelength is equal to the thickness of the pipe, the inside of the pipe can be The flow rate of the flowing gas can be measured.

また、前記送信部は、前記気体が流れる方向から見て、前記配管の内面と垂直の方向に向けて、前記超音波を発生させることにしてもよい。   In addition, the transmission unit may generate the ultrasonic wave in a direction perpendicular to the inner surface of the pipe as viewed from the direction in which the gas flows.

ここで、本願発明者らは、鋭意研究と実験の結果、超音波が配管の内面と垂直に入力されることで、当該超音波が配管内を流れる気体中を良く伝播することを見出した。このため、気体用外付式超音波流量計において、気体が流れる方向から見て、配管の内面と垂直の方向に向けて超音波を発生させることで、配管に外付けされた状態でも、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる。   Here, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application have found that the ultrasonic waves are well propagated in the gas flowing in the pipe when the ultrasonic waves are input perpendicularly to the inner surface of the pipe. For this reason, in the external ultrasonic flowmeter for gas, the ultrasonic wave is generated in the direction perpendicular to the inner surface of the pipe when viewed from the direction of gas flow, so that even in the state of being externally attached to the pipe, The flow rate of the gas flowing in the pipe can be measured.

また、前記受信部は、前記送信部が発生させた超音波のうち前記配管を伝播した超音波と、前記気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信することにしてもよい。   The receiving unit may receive the ultrasonic wave propagated through the pipe and the ultrasonic wave propagated through the gas at different times among the ultrasonic waves generated by the transmitting unit.

これによれば、気体用外付式超音波流量計において、配管を伝播した超音波と気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信することで、配管を伝播した超音波ノイズを時間的に分離することができる。   According to this, in the external ultrasonic flow meter for gas, the ultrasonic noise propagated through the pipe is received temporally by receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe and the ultrasonic wave propagated through the gas at different times. Can be separated.

また、前記受信部は、前記配管を伝播した超音波を直接受信した後に、前記配管を介して前記気体を伝播した超音波を受信し、その後、前記配管を伝播して前記配管の不連続部で反射した超音波を受信可能な位置に配置されることにしてもよい。   In addition, the receiving unit directly receives the ultrasonic wave propagated through the pipe and then receives the ultrasonic wave propagated through the pipe, and then propagates through the pipe to discontinuous part of the pipe. It may be arranged at a position where it can receive the ultrasonic waves reflected by.

これによれば、気体用外付式超音波流量計において、配管を伝播した超音波を直接受信した後に、気体を伝播した超音波を受信し、その後、配管を伝播して配管の不連続部で反射した超音波を受信可能な位置に受信部を配置することで、配管を伝播または反射した超音波ノイズを時間的に分離することができる。   According to this, in the external ultrasonic flowmeter for gas, after receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe directly, the ultrasonic wave propagated through the gas is received, and then propagated through the pipe to discontinuous part of the pipe By disposing the receiving unit at a position where the ultrasonic waves reflected at can be received, the ultrasonic noise propagated or reflected on the pipe can be temporally separated.

また、さらに、前記受信部が受信した超音波の波形信号から、前記配管を流れる超音波ノイズを分離することにより、前記気体の流量を計測する制御部を備えることにしてもよい。   Furthermore, you may decide to provide the control part which measures the flow volume of the said gas by isolate | separating the ultrasonic noise which flows through the said piping from the waveform signal of the ultrasonic wave which the said receiving part received.

これによれば、気体用外付式超音波流量計において、制御部を備えることにより、配管に外付けされた状態でも、配管を流れる超音波ノイズを分離して、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる。   According to this, in the external ultrasonic flowmeter for gas, by providing the control unit, the ultrasonic noise flowing in the pipe is separated even in the state of being externally attached to the pipe, and the gas flowing in the pipe is separated. The flow rate can be measured.

また、本発明の一態様に係る気体流量計測方法は、配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する気体用外付式超音波流量計による気体流量計測方法であって、前記配管の外方に配置された送信部に、正弦波の電圧を印加して当該電圧の大きさに応じた超音波を発生させる超音波発生ステップと、前記配管の外方に配置された受信部で、前記送信部が発生させた超音波を受信する超音波受信ステップとを含む。   In addition, a gas flow rate measurement method according to an aspect of the present invention is a gas flow rate measurement using an external ultrasonic flow meter for gas that is externally attached to a pipe and measures the flow rate of the gas flowing through the pipe using ultrasonic waves. An ultrasonic generation step of applying a sinusoidal voltage to a transmitter disposed outside the pipe to generate an ultrasonic wave according to the magnitude of the voltage, and an outer side of the pipe And an ultrasonic wave receiving step of receiving an ultrasonic wave generated by the transmitter.

これによれば、配管の外方に配置された送信部に、正弦波の電圧を印加して超音波を発生させ、配管の外方に配置された受信部で当該超音波を受信することで、配管内を流れる気体の流量を計測する。ここで、本願発明者らは、鋭意研究と実験の結果、正弦波の電圧を印加して発生させた超音波は、従来のパルス波の電圧を印加して発生させた超音波に比べ、配管内を流れる気体中を良く伝播することを見出した。このため、気体用外付式超音波流量計が配管に外付けされた状態でも、正弦波の電圧を印加して超音波を発生させることで、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる。   According to this, by applying a sinusoidal voltage to the transmitting unit arranged outside the pipe to generate an ultrasonic wave, and receiving the ultrasonic wave at the receiving unit arranged outside the pipe Measure the flow rate of the gas flowing in the pipe. Here, as a result of diligent research and experiments, the inventors of the present application have found that the ultrasonic wave generated by applying the voltage of the sine wave is compared with the ultrasonic wave generated by applying the voltage of the conventional pulse wave. It was found that it propagates well in the gas flowing inside. For this reason, even when the external ultrasonic flowmeter for gas is externally attached to the pipe, the flow rate of the gas flowing through the pipe is measured by applying a sine wave voltage and generating ultrasonic waves. Can do.

また、前記超音波受信ステップでは、前記受信部で、前記送信部が発生させた超音波のうち、前記配管を伝播した超音波を直接受信した後に、前記配管を介して前記気体を伝播した超音波を受信し、その後、前記配管を伝播して前記配管の不連続部で反射した超音波を受信することにしてもよい。   Further, in the ultrasonic wave receiving step, the ultrasonic wave propagated through the pipe after directly receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe among the ultrasonic waves generated by the transmitter in the receiving part. You may decide to receive the ultrasonic wave, and to receive the ultrasonic wave which propagated through the said piping and reflected by the discontinuous part of the said piping after that.

これによれば、配管を伝播した超音波を直接受信した後に、気体を伝播した超音波を受信し、その後、配管を伝播して配管の不連続部で反射した超音波を受信することで、配管を伝播または反射した超音波ノイズを時間的に分離することができる。   According to this, after directly receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe, it receives the ultrasonic wave propagated through the gas, and then receives the ultrasonic wave propagated through the pipe and reflected by the discontinuous part of the pipe. It is possible to temporally separate the ultrasonic noise that has propagated or reflected on the pipe.

また、さらに、前記超音波受信ステップで前記受信部が受信した超音波の波形信号から、前記配管を流れる超音波ノイズを分離することにより、前記気体の流量を計測する気体流量計測ステップを含むことにしてもよい。   Furthermore, the method further includes a gas flow rate measuring step of measuring the gas flow rate by separating ultrasonic noise flowing through the pipe from the ultrasonic waveform signal received by the receiving unit in the ultrasonic wave receiving step. It may be.

これによれば、気体用外付式超音波流量計が配管に外付けされた状態でも、配管を流れる超音波ノイズを分離して、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる。   According to this, even when the gas external ultrasonic flowmeter is externally attached to the pipe, the ultrasonic noise flowing through the pipe can be separated and the flow rate of the gas flowing through the pipe can be measured.

本発明における気体用外付式超音波流量計によれば、配管に外付けされた状態でも、当該配管内を流れる気体の流量を計測することができる。   According to the external ultrasonic flowmeter for gas in the present invention, the flow rate of the gas flowing through the pipe can be measured even in a state of being externally attached to the pipe.

本発明の実施の形態に係る気体用外付式超音波流量計の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the external ultrasonic flowmeter for gas which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る第一探触子及び第二探触子が配管に設置された状態を側方から見た場合の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing the state by which the 1st probe and 2nd probe which concern on embodiment of this invention were installed in piping. 本発明の実施の形態に係る第一探触子及び第二探触子が配管に設置された状態を正面から見た場合の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing the state by which the 1st probe and 2nd probe which concern on embodiment of this invention were installed in piping. 本発明の実施の形態に係る第一探触子及び第二探触子の外観を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external appearance of the 1st probe and 2nd probe which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る第一探触子の内部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the internal structure of the 1st probe which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る第一探触子が第二探触子に向けて超音波を発振する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the 1st probe which concerns on embodiment of this invention oscillates an ultrasonic wave toward the 2nd probe. 本発明の実施の形態に係る気体用外付式超音波流量計が気体の流量を計測する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which the gas external type ultrasonic flowmeter which concerns on embodiment of this invention measures the flow volume of gas. 本発明の実施の形態に係る印加部が印加する正弦波の電圧を示す図である。It is a figure which shows the voltage of the sine wave which the application part which concerns on embodiment of this invention applies. 本発明の実施の形態に係る印加部による電圧印加によって発振される超音波の波長について説明する図である。It is a figure explaining the wavelength of the ultrasonic wave oscillated by the voltage application by the application part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る印加部による電圧印加によって発振される超音波の波長について説明する図である。It is a figure explaining the wavelength of the ultrasonic wave oscillated by the voltage application by the application part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る第一探触子の送信部が発生させた超音波を第二探触子の受信部が受信することを示す図である。It is a figure which shows that the receiving part of a 2nd probe receives the ultrasonic wave which the transmission part of the 1st probe which concerns on embodiment of this invention generated. 本発明の実施の形態に係る第二探触子の受信部が、配管を伝播した超音波と気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信することを示す図である。It is a figure which shows that the receiving part of the 2nd probe which concerns on embodiment of this invention receives the ultrasonic wave which propagated piping, and the ultrasonic wave which propagated gas at different time. 本発明の実施の形態の変形例1に係る第一探触子及び第二探触子が配管に設置された状態を正面から見た場合の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing the state by which the 1st probe and 2nd probe which concern on the modification 1 of embodiment of this invention were installed in piping from the front. 本発明の実施の形態の変形例2に係る第一探触子及び第二探触子が配管に設置された状態を側方から見た場合の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing the state by which the 1st probe and 2nd probe which concern on the modification 2 of embodiment of this invention were installed in piping. 本発明の実施の形態の変形例3に係る第一探触子及び第二探触子が配管に設置された状態を側方から見た場合の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing the state by which the 1st probe and 2nd probe which concern on the modification 3 of embodiment of this invention were installed in piping from the side.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る気体用外付式超音波流量計について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, an external ultrasonic flowmeter for gas according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.

(実施の形態)
まず、気体用外付式超音波流量計1の構成について、説明する。
(Embodiment)
First, the configuration of the gas external ultrasonic flowmeter 1 will be described.

図1は、本発明の実施の形態に係る気体用外付式超音波流量計1の機能構成を示すブロック図である。また、図2は、本発明の実施の形態に係る第一探触子10及び第二探触子20が配管40に設置された状態を側方(同図のY軸方向マイナス側)から見た場合の構成を示す模式図である。また、図3は、本発明の実施の形態に係る第一探触子10及び第二探触子20が配管40に設置された状態を正面(同図のX軸方向マイナス側)から見た場合の構成を示す模式図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an external gas ultrasonic flowmeter 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the state in which the first probe 10 and the second probe 20 according to the embodiment of the present invention are installed in the pipe 40 as viewed from the side (the Y axis direction minus side in the figure). It is a schematic diagram which shows the structure in the case of. FIG. 3 shows a state in which the first probe 10 and the second probe 20 according to the embodiment of the present invention are installed in the pipe 40 as viewed from the front (X-axis direction minus side in FIG. 3). It is a schematic diagram which shows the structure in the case.

気体用外付式超音波流量計1は、配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する超音波流量計である。つまり、気体用外付式超音波流量計1は、配管に孔を設けたり配管を切断または加工などにより配管の内方に配置されたりすることなく、当該配管内を流れる気体の流量を計測する配管外付式(配管非貫通式)の超音波流量計である。すなわち、気体用外付式超音波流量計1は、気体の流量を計測可能ないわゆるクランプオン式の超音波流量計である。   The gas external ultrasonic flowmeter 1 is an ultrasonic flowmeter that is externally attached to a pipe and measures the flow rate of the gas flowing through the pipe using ultrasonic waves. That is, the external ultrasonic flowmeter 1 for gas measures the flow rate of the gas flowing through the pipe without providing a hole in the pipe or disposing the pipe inside the pipe by cutting or processing. This is an ultrasonic flow meter with an external pipe (non-penetrating pipe). That is, the gas external ultrasonic flow meter 1 is a so-called clamp-on ultrasonic flow meter capable of measuring a gas flow rate.

なお、計測対象の気体は、空気、蒸気、天然ガス、高圧窒素などの各種気体を含む概念であり、液体及び固体以外のものであればどのような成分を含む気体であってもかまわない。   Note that the gas to be measured is a concept including various gases such as air, steam, natural gas, and high-pressure nitrogen, and any gas other than liquid and solid may be used.

まず、図1に示すように、気体用外付式超音波流量計1は、第一探触子10と、第二探触子20と、制御装置30とを備えている。   First, as shown in FIG. 1, the gas external ultrasonic flowmeter 1 includes a first probe 10, a second probe 20, and a control device 30.

第一探触子10は、送信部11と受信部12とを有している。また、第二探触子20は、送信部21と受信部22とを有している。つまり、第一探触子10と第二探触子20とは、同様の構成を有している。   The first probe 10 includes a transmission unit 11 and a reception unit 12. The second probe 20 includes a transmission unit 21 and a reception unit 22. That is, the first probe 10 and the second probe 20 have the same configuration.

また、図2及び図3に示すように、第一探触子10と第二探触子20とは、配管40の外方に配置される。つまり、送信部11及び受信部12と、送信部21及び受信部22とは、配管40の外方に配置される。なお、配管40は、X軸方向に延びる配管であるが、これらの図では、配管40の一部を図示し、その他の部分は省略して図示している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the first probe 10 and the second probe 20 are disposed outside the pipe 40. That is, the transmission unit 11 and the reception unit 12, and the transmission unit 21 and the reception unit 22 are disposed outside the pipe 40. Note that the pipe 40 is a pipe extending in the X-axis direction, but in these drawings, a part of the pipe 40 is shown and the other parts are omitted.

送信部11は、電圧が印加されることで、配管40の内方に向けて当該電圧の大きさに応じた超音波を発生させる。また、受信部22は、送信部11が発生させた超音波を受信する。   The transmitter 11 generates an ultrasonic wave corresponding to the magnitude of the voltage toward the inside of the pipe 40 by applying a voltage. The receiving unit 22 receives the ultrasonic waves generated by the transmitting unit 11.

また同様に、送信部21は、電圧が印加されることで、配管40の内方に向けて当該電圧の大きさに応じた超音波を発生させる。また、受信部12は、送信部21が発生させた超音波を受信する。   Similarly, the transmission unit 21 generates an ultrasonic wave corresponding to the magnitude of the voltage toward the inside of the pipe 40 when a voltage is applied. The receiving unit 12 receives the ultrasonic waves generated by the transmitting unit 21.

さらに具体的には、図2及び図3に示すように、第一探触子10と第二探触子20とは、配管40の外方に、配管40を挟んで対向する位置に配置されるとともに、気体が流れる方向(図2における気体の流れ方向G)において異なる位置に配置される。   More specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the first probe 10 and the second probe 20 are disposed outside the pipe 40 at positions facing each other with the pipe 40 interposed therebetween. And at different positions in the gas flow direction (gas flow direction G in FIG. 2).

つまり、送信部11及び受信部12と、送信部21及び受信部22とは、配管40を挟んで対向する位置に配置されるとともに、気体が流れる方向において異なる位置に配置される。そして、送信部11及び送信部21は、気体が流れる方向に対して斜め方向に向けて、超音波(図2及び図3における超音波U1及びU2)を発生させる。そして、受信部22及び受信部12は、送信部11及び送信部21が発生させた超音波U1及びU2をそれぞれ受信する。   That is, the transmission unit 11 and the reception unit 12, and the transmission unit 21 and the reception unit 22 are disposed at positions facing each other with the pipe 40 interposed therebetween, and are disposed at different positions in the gas flow direction. And the transmission part 11 and the transmission part 21 generate | occur | produce an ultrasonic wave (ultrasonic wave U1 and U2 in FIG.2 and FIG.3) toward the diagonal direction with respect to the direction through which gas flows. The receiving unit 22 and the receiving unit 12 receive the ultrasonic waves U1 and U2 generated by the transmitting unit 11 and the transmitting unit 21, respectively.

ここで、第一探触子10の送信部11(または第二探触子20の送信部21)が超音波を発生し、第二探触子20の受信部22(または第一探触子10の受信部12)が超音波を受信するための具体的な構成について、説明する。   Here, the transmission unit 11 of the first probe 10 (or the transmission unit 21 of the second probe 20) generates an ultrasonic wave, and the reception unit 22 of the second probe 20 (or the first probe). A specific configuration for the ten receiving units 12) to receive the ultrasonic waves will be described.

図4は、本発明の実施の形態に係る第一探触子10及び第二探触子20の外観を模式的に示す斜視図である。また、図5は、本発明の実施の形態に係る第一探触子10の内部構成を示す模式図である。また、図6は、本発明の実施の形態に係る第一探触子10が第二探触子20に向けて超音波U1を発振する状態を示す図である。   FIG. 4 is a perspective view schematically showing the external appearance of the first probe 10 and the second probe 20 according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram showing an internal configuration of the first probe 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a state in which the first probe 10 according to the embodiment of the present invention oscillates the ultrasonic wave U1 toward the second probe 20.

まず、図4に示すように、第一探触子10及び第二探触子20は、配管40に対向する面13a及び23aが配管40の外面に沿った曲面形状を有する略矩形状の探触子である。つまり、第一探触子10及び第二探触子20は、同様の形状を有している。   First, as shown in FIG. 4, the first probe 10 and the second probe 20 are substantially rectangular probes in which surfaces 13 a and 23 a facing the pipe 40 have a curved shape along the outer surface of the pipe 40. It is a tentacle. That is, the first probe 10 and the second probe 20 have the same shape.

また、第一探触子10及び第二探触子20は、配管40に対向する面13a及び23aの面積が大きくなるように、配管40の周方向の幅が広い形状を有している。つまり、第一探触子10及び第二探触子20は、配管40の周方向の幅L1が、配管40の法線方向の幅L2よりも大きくなるように形成されている。これにより、第一探触子10及び第二探触子20から出力される超音波の強度を向上させることができる。   Further, the first probe 10 and the second probe 20 have a shape in which the circumferential width of the pipe 40 is wide so that the areas of the surfaces 13 a and 23 a facing the pipe 40 are large. That is, the first probe 10 and the second probe 20 are formed such that the circumferential width L1 of the pipe 40 is larger than the normal width L2 of the pipe 40. Thereby, the intensity | strength of the ultrasonic wave output from the 1st probe 10 and the 2nd probe 20 can be improved.

ここで、図5を用いて、第一探触子10が有する構成要素について、詳細に説明する。なお、同図では、第一探触子10の構成を示しているが、第二探触子20も第一探触子10と同様の構成を有しているため、第二探触子20の構成の図示及び説明は省略する。   Here, the components of the first probe 10 will be described in detail with reference to FIG. Although the configuration of the first probe 10 is shown in the figure, the second probe 20 has the same configuration as the first probe 10, and therefore the second probe 20. The illustration and description of the configuration of are omitted.

同図に示すように、第一探触子10は、上述の曲面形状の面13aが形成された整合層13と、配線14と、コネクタ15と、リード線16と、電極17と、圧電素子18と、吸音材19とを有している。また、配線14は、制御装置30に接続されている。   As shown in the figure, the first probe 10 includes a matching layer 13 formed with the curved surface 13a, a wiring 14, a connector 15, a lead wire 16, an electrode 17, and a piezoelectric element. 18 and a sound absorbing material 19. Further, the wiring 14 is connected to the control device 30.

この構成により、制御装置30によって、配線14、コネクタ15及びリード線16を介して、電極17に電圧が印加され、当該印加された電圧の大きさに依存して、圧電素子18が伸縮され、超音波が発生する。そして、発生した超音波は、整合層13を通って、外方へ発振される。なお、圧電素子18の整合層13と反対側は、吸音材19によって吸音される。   With this configuration, a voltage is applied to the electrode 17 by the control device 30 via the wiring 14, the connector 15, and the lead wire 16, and the piezoelectric element 18 is expanded and contracted depending on the magnitude of the applied voltage. Ultrasound is generated. The generated ultrasonic wave oscillates outward through the matching layer 13. Note that the side of the piezoelectric element 18 opposite to the matching layer 13 is absorbed by the sound absorbing material 19.

以上のように、第一探触子10において、電圧が印加されることで超音波を発生させる機能が、送信部11に相当する。つまり、整合層13、配線14、コネクタ15、リード線16、電極17、圧電素子18及び吸音材19が有する超音波を発生させる機能が、送信部11を構成している。   As described above, in the first probe 10, the function of generating an ultrasonic wave when a voltage is applied corresponds to the transmission unit 11. That is, the function of generating ultrasonic waves included in the matching layer 13, the wiring 14, the connector 15, the lead wire 16, the electrode 17, the piezoelectric element 18, and the sound absorbing material 19 constitutes the transmission unit 11.

また、外方からの超音波が、整合層13を通って圧電素子18に伝えられた場合、圧電素子18が伸縮することで、電極17に電圧が発生する。そして、発生した電圧は、リード線16、コネクタ15及び配線14を介して、制御装置30に入力される。   Further, when ultrasonic waves from the outside are transmitted to the piezoelectric element 18 through the matching layer 13, the piezoelectric element 18 expands and contracts to generate a voltage at the electrode 17. The generated voltage is input to the control device 30 via the lead wire 16, the connector 15, and the wiring 14.

以上のように、第一探触子10において、外方からの超音波を受信して電圧に変換し出力する機能が、受信部12に相当する。つまり、整合層13、配線14、コネクタ15、リード線16、電極17、圧電素子18及び吸音材19が有する超音波を受信する機能が、受信部12を構成している。   As described above, in the first probe 10, the function of receiving an ultrasonic wave from the outside, converting it into a voltage and outputting it corresponds to the receiving unit 12. That is, the function of receiving the ultrasonic waves of the matching layer 13, the wiring 14, the connector 15, the lead wire 16, the electrode 17, the piezoelectric element 18 and the sound absorbing material 19 constitutes the receiving unit 12.

このように、整合層13、配線14、コネクタ15、リード線16、電極17、圧電素子18及び吸音材19によって、送信部11及び受信部12の双方の機能を実現することができている。言い換えれば、第一探触子10は、送信部11及び受信部12の双方の機能を有した送受信部を備えているとも言える。なお、第一探触子10は、送信部11の機能を有する構成と、受信部12の機能を有する構成とを、別個に備えていてもかまわない。   As described above, the functions of both the transmitter 11 and the receiver 12 can be realized by the matching layer 13, the wiring 14, the connector 15, the lead wire 16, the electrode 17, the piezoelectric element 18, and the sound absorbing material 19. In other words, it can be said that the first probe 10 includes a transmission / reception unit having the functions of both the transmission unit 11 and the reception unit 12. Note that the first probe 10 may include a configuration having the function of the transmission unit 11 and a configuration having the function of the reception unit 12 separately.

また、整合層13は、配管40の外面42に沿った曲面形状の面13aを有し、図6に示すように、配管40内の気体が流れる方向(X軸方向)から見て、配管40の内面41と垂直の方向に向けて、超音波U1を発生させるように形成されている。つまり、送信部11は、当該気体が流れる方向から見て、配管40の内面41と垂直の方向に向けて、超音波を発生させる。   The matching layer 13 has a curved surface 13a along the outer surface 42 of the pipe 40, and as shown in FIG. 6, the pipe 40 is seen from the direction in which the gas in the pipe 40 flows (X-axis direction). The ultrasonic wave U <b> 1 is generated in a direction perpendicular to the inner surface 41. That is, the transmitter 11 generates ultrasonic waves in a direction perpendicular to the inner surface 41 of the pipe 40 as viewed from the direction in which the gas flows.

具体的には、整合層13は、当該気体が流れる方向から見て、配管40の内面41及び外面42と垂直の方向に向けて、超音波U1を発生させる。つまり、送信部11は、当該気体が流れる方向から見て、配管40の内面41及び外面42と垂直の方向に向けて、超音波を発生させる。   Specifically, the matching layer 13 generates the ultrasonic wave U1 in a direction perpendicular to the inner surface 41 and the outer surface 42 of the pipe 40 when viewed from the direction in which the gas flows. That is, the transmitter 11 generates ultrasonic waves in a direction perpendicular to the inner surface 41 and the outer surface 42 of the pipe 40 as viewed from the direction in which the gas flows.

これにより、第一探触子10から発振された超音波が配管40の中心部分で交わるようにして第二探触子20に向けて伝播されるため、第二探触子20に到達する超音波ビームが広がるのを抑制することができている。つまり、当該超音波ビームは、第一探触子10から発振されたときと同じ幅の広がりで、第二探触子20に到達する。このように、超音波ビームの拡散を防止し、フォーカス化を実現することができている。   Thereby, since the ultrasonic wave oscillated from the first probe 10 is propagated toward the second probe 20 so as to intersect at the central portion of the pipe 40, the supersonic wave that reaches the second probe 20 is transmitted. The spread of the sound beam can be suppressed. That is, the ultrasonic beam reaches the second probe 20 with the same width as that generated when oscillated from the first probe 10. In this way, diffusion of the ultrasonic beam can be prevented and focusing can be realized.

また、第一探触子10から発振されて気体を伝播した超音波は、当該気体が流れる方向(X軸方向)から見て、配管40の内面41及び外面42と垂直に配管40を通過して、第二探触子20に到達する。そして、第二探触子20の受信部22が当該超音波を受信する。   In addition, the ultrasonic wave oscillated from the first probe 10 and propagated through the gas passes through the pipe 40 perpendicular to the inner surface 41 and the outer surface 42 of the pipe 40 when viewed from the direction in which the gas flows (X-axis direction). Then, the second probe 20 is reached. And the receiving part 22 of the 2nd probe 20 receives the said ultrasonic wave.

なお、第一探触子10及び第二探触子20が有する各構成要素の材質等の詳細は、従来の探触子が有する各構成要素と同様であるため、詳細な説明は省略する。   The details of the materials and the like of the constituent elements of the first probe 10 and the second probe 20 are the same as those of the constituent elements of the conventional probe, and a detailed description thereof will be omitted.

図1に戻り、制御装置30は、印加部31と、制御部32と、記憶部33とを有している。   Returning to FIG. 1, the control device 30 includes an application unit 31, a control unit 32, and a storage unit 33.

印加部31は、第一探触子10の送信部11及び第二探触子20の送信部21に、正弦波の電圧を印加する。具体的には、印加部31は、第一探触子10の送信部11または第二探触子20の送信部21から発振される超音波の半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるように、当該正弦波の電圧を印加する。この印加部31が印加する正弦波の電圧についての詳細な説明は、後述する。   The application unit 31 applies a sine wave voltage to the transmission unit 11 of the first probe 10 and the transmission unit 21 of the second probe 20. Specifically, the application unit 31 is configured such that an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic wave oscillated from the transmission unit 11 of the first probe 10 or the transmission unit 21 of the second probe 20 is the thickness of the pipe 40. The voltage of the sine wave is applied so as to be equal. A detailed description of the voltage of the sine wave applied by the applying unit 31 will be described later.

制御部32は、第一探触子10の受信部12及び第二探触子20の受信部22が受信した超音波の波形信号から、配管40を流れる超音波ノイズを分離することにより、配管40内を流れる気体の流量を計測する。具体的には、制御部32は、送信部11から受信部22に伝播された超音波U1の伝播時間と、送信部21から受信部12に伝播された超音波U2の伝播時間との差分から、当該気体の流量を計測する。なお、制御部32が超音波ノイズを分離することについての詳細な説明は、後述する。   The control unit 32 separates ultrasonic noise flowing through the pipe 40 from the ultrasonic waveform signals received by the receiving unit 12 of the first probe 10 and the receiving unit 22 of the second probe 20, thereby The flow rate of the gas flowing through 40 is measured. Specifically, the control unit 32 determines the difference between the propagation time of the ultrasonic wave U1 propagated from the transmission unit 11 to the reception unit 22 and the propagation time of the ultrasonic wave U2 propagated from the transmission unit 21 to the reception unit 12. The flow rate of the gas is measured. A detailed description of the control unit 32 separating ultrasonic noise will be described later.

記憶部33は、気体用外付式超音波流量計1が配管40内を流れる気体の流量を計測するために必要なデータを記憶しているメモリである。例えば、記憶部33には、印加部31が印加する電圧の値や正弦波の周波数などが予め記憶されていたり、第一探触子10の受信部12及び第二探触子20の受信部22が受信した超音波の波形信号などが記憶されていったりする。   The storage unit 33 is a memory that stores data necessary for the gas external ultrasonic flowmeter 1 to measure the flow rate of the gas flowing through the pipe 40. For example, the storage unit 33 stores in advance the value of the voltage applied by the application unit 31, the frequency of the sine wave, and the like, or the reception unit 12 of the first probe 10 and the reception unit of the second probe 20. The waveform signal of the ultrasonic wave which 22 received is memorize | stored.

次に、気体用外付式超音波流量計1が配管40内を流れる気体の流量を計測する方法(気体流量計測方法)について、説明する。   Next, a method (gas flow measurement method) in which the gas external ultrasonic flowmeter 1 measures the flow rate of the gas flowing in the pipe 40 will be described.

図7は、本発明の実施の形態に係る気体用外付式超音波流量計1が気体の流量を計測する動作を示すフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart showing an operation in which the gas external ultrasonic flowmeter 1 according to the embodiment of the present invention measures the gas flow rate.

同図に示すように、まず、超音波発生ステップとして、印加部31が、第一探触子10の送信部11に、正弦波の電圧を印加して当該電圧の大きさに依存する超音波を発生させる(S102)。また同様に、印加部31は、第二探触子20の送信部21に、正弦波の電圧を印加して当該電圧の大きさに依存する超音波を発生させる。この印加部31が印加する正弦波の電圧について、以下に詳細に説明する。   As shown in the figure, first, as an ultrasonic wave generation step, the application unit 31 applies a sinusoidal voltage to the transmission unit 11 of the first probe 10 and depends on the magnitude of the voltage. Is generated (S102). Similarly, the application unit 31 applies a sinusoidal voltage to the transmission unit 21 of the second probe 20 to generate an ultrasonic wave depending on the magnitude of the voltage. The sinusoidal voltage applied by the application unit 31 will be described in detail below.

図8は、本発明の実施の形態に係る印加部31が印加する正弦波の電圧を示す図である。具体的には、同図は、制御装置30の印加部31が印加する正弦波の電圧の一例として、縦軸を印加電圧の値、横軸を経過時間としたグラフを示している。   FIG. 8 is a diagram illustrating a sinusoidal voltage applied by the application unit 31 according to the embodiment of the present invention. Specifically, the figure shows a graph with the vertical axis representing the value of the applied voltage and the horizontal axis representing the elapsed time, as an example of a sine wave voltage applied by the application unit 31 of the control device 30.

同図に示すように、印加部31は、例えば周波数800kHz程度の正弦波の電圧を、第一探触子10の送信部11または第二探触子20の送信部21に印加する。つまり、例えば第一探触子10であれば、印加部31は、当該正弦波の電圧を、電極17を介して圧電素子18に印加することで、超音波を発生させる。   As shown in the figure, the application unit 31 applies, for example, a sinusoidal voltage having a frequency of about 800 kHz to the transmission unit 11 of the first probe 10 or the transmission unit 21 of the second probe 20. That is, for example, in the case of the first probe 10, the application unit 31 applies the sine wave voltage to the piezoelectric element 18 via the electrode 17 to generate an ultrasonic wave.

また、印加部31は、第一探触子10の送信部11または第二探触子20の送信部21から発振される超音波の半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるように、当該正弦波の電圧を印加する。図9及び図10を用いて、具体的に説明する。   Further, the application unit 31 is configured so that an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic wave oscillated from the transmission unit 11 of the first probe 10 or the transmission unit 21 of the second probe 20 is equal to the thickness of the pipe 40. Then, the voltage of the sine wave is applied. This will be specifically described with reference to FIGS. 9 and 10.

図9及び図10は、本発明の実施の形態に係る印加部31による電圧印加によって発振される超音波の波長について説明する図である。具体的には、図9は、第一探触子10が第二探触子20に向けて超音波U1を発振する図である。また、図10は、第一探触子10と第二探触子20との間に配管40を模擬した2枚の鋼板を配置し、第一探触子10が発振する超音波の波長を固定して鋼板の肉厚を変化させた場合の第二探触子20が受信する信号を示したグラフである。   9 and 10 are diagrams for explaining the wavelength of the ultrasonic wave oscillated by the voltage application by the application unit 31 according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 9 is a diagram in which the first probe 10 oscillates the ultrasonic wave U <b> 1 toward the second probe 20. In FIG. 10, two steel plates simulating the piping 40 are arranged between the first probe 10 and the second probe 20, and the wavelength of the ultrasonic wave oscillated by the first probe 10 is set. It is the graph which showed the signal which the 2nd probe 20 at the time of fixing and changing the thickness of a steel plate.

さらに具体的には、図10の(a)は、超音波の半波長が鋼板の肉厚よりも大きい場合のグラフであり、図10の(b)は、超音波の半波長が鋼板の肉厚と同等の場合のグラフであり、図10の(c)は、超音波の半波長が鋼板の肉厚よりも小さい場合のグラフである。   More specifically, FIG. 10A is a graph in the case where the half-wavelength of the ultrasonic wave is larger than the thickness of the steel plate, and FIG. 10B is a graph in which the half-wavelength of the ultrasonic wave is the thickness of the steel plate. FIG. 10C is a graph when the half wavelength of the ultrasonic wave is smaller than the thickness of the steel plate.

まず、図9に示すように、第一探触子10が超音波を発振した場合、第二探触子20に向けて超音波U1が発振されるが、一部の超音波U3は、配管40の内面41及び外面42で反射されて、配管40を伝播していく。しかしながら、第一探触子10から発振された超音波は、超音波U3のように配管40の内面41及び外面42で反射していくのではなく、超音波U1のように第二探触子20に向けて発振されるのが望ましい。   First, as shown in FIG. 9, when the first probe 10 oscillates an ultrasonic wave, the ultrasonic wave U1 is oscillated toward the second probe 20, but a part of the ultrasonic wave U3 is piped. It is reflected by the inner surface 41 and the outer surface 42 of 40 and propagates through the pipe 40. However, the ultrasonic wave oscillated from the first probe 10 is not reflected by the inner surface 41 and the outer surface 42 of the pipe 40 like the ultrasonic wave U3, but the second probe like the ultrasonic wave U1. It is desirable to oscillate toward 20.

ここで、図10の(a)に示すように、超音波の半波長が鋼板の肉厚よりも大きい場合には、第一探触子10が発振した超音波は第二探触子20には伝播していかず、図10の(c)に示すように、超音波の半波長が鋼板の肉厚よりも小さい場合には、第一探触子10が発振した超音波は鋼板内で反射して第二探触子20に伝播する結果となった。これに対し、図10の(b)に示すように、超音波の半波長が鋼板の肉厚と同等の場合には、第二探触子20において、比較的きれいな波形信号を受信することができた。   Here, as shown in FIG. 10A, when the half wavelength of the ultrasonic wave is larger than the thickness of the steel plate, the ultrasonic wave oscillated by the first probe 10 is applied to the second probe 20. As shown in FIG. 10C, when the half wavelength of the ultrasonic wave is smaller than the thickness of the steel plate, the ultrasonic wave oscillated by the first probe 10 is reflected in the steel plate. As a result, it was transmitted to the second probe 20. On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the half wavelength of the ultrasonic wave is equal to the thickness of the steel plate, the second probe 20 can receive a relatively clean waveform signal. did it.

つまり、図10の(b)のグラフでは、点線で囲まれた範囲内にきれいに波形信号が現れたのに対し、図10の(a)のグラフでは、超音波が伝播しなかったために波形信号は現れず、図10の(c)のグラフでは、超音波が反射して複数の波形信号が表れる結果となった。   That is, in the graph of FIG. 10B, the waveform signal appeared cleanly within the range surrounded by the dotted line, whereas in the graph of FIG. In the graph of FIG. 10C, the ultrasonic wave was reflected and a plurality of waveform signals appeared.

このため、第一探触子10から発振された超音波が、超音波U1のように第二探触子20に向けて発振されるには、当該超音波の半波長の整数倍が配管40の肉厚(図9に示す配管40の肉厚D)と等しくなるのが好ましい。   For this reason, in order for the ultrasonic wave oscillated from the first probe 10 to be oscillated toward the second probe 20 like the ultrasonic wave U1, an integral multiple of the half wavelength of the ultrasonic wave is the pipe 40. It is preferable to be equal to the wall thickness (wall thickness D of the pipe 40 shown in FIG. 9).

このように、印加部31は、第一探触子10の送信部11または第二探触子20の送信部21から発振される超音波の半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるように、正弦波の電圧を印加する。そして、送信部11及び送信部21は、半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるような超音波を発生させる。   Thus, the application unit 31 has an integral multiple of the half wavelength of the ultrasonic wave oscillated from the transmission unit 11 of the first probe 10 or the transmission unit 21 of the second probe 20 equal to the thickness of the pipe 40. A sine wave voltage is applied so that Then, the transmission unit 11 and the transmission unit 21 generate ultrasonic waves such that an integral multiple of the half wavelength is equal to the thickness of the pipe 40.

図7に戻り、次に、超音波受信ステップとして、第二探触子20の受信部22で、第一探触子10の送信部11が発生させた超音波を受信する(S104)。また同様に、第一探触子10の受信部12で、第二探触子20の送信部21が発生させた超音波を受信する。   Returning to FIG. 7, next, as an ultrasonic wave reception step, the ultrasonic wave generated by the transmission unit 11 of the first probe 10 is received by the reception unit 22 of the second probe 20 (S104). Similarly, the reception unit 12 of the first probe 10 receives the ultrasonic waves generated by the transmission unit 21 of the second probe 20.

具体的には、超音波受信ステップでは、第二探触子20の受信部22で、第一探触子10の送信部11が発生させた超音波のうち配管40を伝播した超音波と、気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信する。また同様に、第一探触子10の受信部12で、第二探触子20の送信部21が発生させた超音波のうち配管40を伝播した超音波と、気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信する。   Specifically, in the ultrasonic wave reception step, the ultrasonic wave propagated through the pipe 40 among the ultrasonic waves generated by the transmission unit 11 of the first probe 10 at the reception unit 22 of the second probe 20; The ultrasonic waves that have propagated the gas are received at different times. Similarly, among the ultrasonic waves generated by the transmitting unit 21 of the second probe 20 at the receiving unit 12 of the first probe 10, the ultrasonic wave propagating through the pipe 40, the ultrasonic wave propagating through the gas, Are received at different times.

さらに具体的には、超音波受信ステップでは、受信部22で、送信部11が発生させた超音波のうち、配管40を伝播した超音波を直接受信した後に、配管40を介して気体を伝播した超音波を受信し、その後、配管40を伝播して配管40の不連続部で反射した超音波を受信する。図11及び図12を用いて、具体的に説明する。   More specifically, in the ultrasonic wave receiving step, the receiving unit 22 directly receives the ultrasonic wave propagated through the pipe 40 among the ultrasonic waves generated by the transmitting unit 11 and then propagates the gas through the pipe 40. Then, the ultrasonic wave propagated through the pipe 40 and reflected by the discontinuous portion of the pipe 40 is received. This will be specifically described with reference to FIGS. 11 and 12.

なお、以下では、第一探触子10の送信部11が発生させた超音波を第二探触子20の受信部22が受信する場合について説明するが、第二探触子20の送信部21が発生させた超音波を第一探触子10の受信部12が受信する場合についても同様であるため、この場合の説明は省略する。   In the following description, the case where the receiving unit 22 of the second probe 20 receives the ultrasonic waves generated by the transmitting unit 11 of the first probe 10 will be described. The same applies to the case where the reception unit 12 of the first probe 10 receives the ultrasonic waves generated by the reference numeral 21, and a description thereof will be omitted.

図11は、本発明の実施の形態に係る第一探触子10の送信部11が発生させた超音波を第二探触子20の受信部22が受信することを示す図である。また、図12は、本発明の実施の形態に係る第二探触子20の受信部22が、配管40を伝播した超音波と気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信することを示す図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating that the reception unit 22 of the second probe 20 receives the ultrasonic waves generated by the transmission unit 11 of the first probe 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 12 shows that the receiving unit 22 of the second probe 20 according to the embodiment of the present invention receives the ultrasonic wave propagated through the pipe 40 and the ultrasonic wave propagated through the gas at different times. FIG.

まず、図11に示すように、受信部22は、送信部11が発生させた超音波のうち、気体を伝播した超音波U1と、配管40を伝播した超音波U3、U4とを異なるルートで受信する。ここで、超音波U3は、配管40を最短ルートで直接伝播してきた超音波であり、超音波U4は、配管40の不連続部(本実施の形態では、配管40の端部のフランジ43)に向けて気体の流れ方向Gに配管40を伝播して、当該不連続部(フランジ43)で反射してきた超音波である。   First, as illustrated in FIG. 11, the reception unit 22 uses a different route for the ultrasonic wave U1 that has propagated the gas and the ultrasonic waves U3 and U4 that have propagated through the pipe 40 among the ultrasonic waves generated by the transmission unit 11. Receive. Here, the ultrasonic wave U3 is an ultrasonic wave that has directly propagated through the pipe 40 through the shortest route, and the ultrasonic wave U4 is a discontinuous part of the pipe 40 (in this embodiment, the flange 43 at the end of the pipe 40). The ultrasonic waves propagated through the pipe 40 toward the gas flow direction G and reflected by the discontinuous portion (flange 43).

なお、配管40の不連続部とは、配管40の連続性が失われて超音波が反射される箇所である。本実施の形態では、不連続部は、配管40の端部のフランジ43としているが、フランジ43には限定されず、溶接箇所、配管の分岐部分、または測定器の据付部分など、超音波が反射される箇所であればどのような箇所であってもかまわない。   In addition, the discontinuous part of the piping 40 is a location where the continuity of the piping 40 is lost and ultrasonic waves are reflected. In the present embodiment, the discontinuous portion is the flange 43 at the end of the pipe 40, but is not limited to the flange 43, and ultrasonic waves such as a welded portion, a branch portion of the pipe, or a measuring instrument installation portion are transmitted. Any location may be used as long as it is reflected.

また、超音波は、配管40内を様々な方向に広がって伝播していくため、同図に示した超音波U4の経路は、ほんの一例であり、超音波U4は、あらゆる経路を辿って様々な不連続部で反射し、受信部22に到達する。   Further, since the ultrasonic wave propagates in various directions in the pipe 40, the path of the ultrasonic wave U4 shown in the figure is only an example, and the ultrasonic wave U4 follows various paths. The light is reflected at the discontinuous part and reaches the receiving part 22.

ここで、気体を伝播する超音波U1に比べて、配管40を伝播する超音波U3の方が伝播速度が速い。特に、第一探触子10と第二探触子20とが気体の流れ方向Gにおいて異なる位置に配置されているため、超音波の伝播距離が長くなり、超音波U1と超音波U3との伝播時間に差が生じる。   Here, the ultrasonic wave U3 propagating through the pipe 40 has a higher propagation speed than the ultrasonic wave U1 propagating through the gas. In particular, since the first probe 10 and the second probe 20 are arranged at different positions in the gas flow direction G, the propagation distance of the ultrasonic wave becomes long, and the ultrasonic wave U1 and the ultrasonic wave U3 There is a difference in propagation time.

このため、図12に示すように、受信部22は、配管40を伝播した超音波U3の方を、気体を伝播した超音波U1よりも早い時刻に受信する。その後、受信部22は、配管40を伝播して配管40の不連続部である端部のフランジ43で反射した超音波U4を受信する。   For this reason, as shown in FIG. 12, the receiving unit 22 receives the ultrasonic wave U3 propagated through the pipe 40 at a time earlier than the ultrasonic wave U1 propagated through the gas. Thereafter, the receiving unit 22 receives the ultrasonic wave U <b> 4 that propagates through the pipe 40 and is reflected by the flange 43 at the end that is a discontinuous part of the pipe 40.

このように、受信部22は、送信部11が発生させた超音波のうち配管40を伝播した超音波U3、U4と、気体を伝播した超音波U1とを異なる時刻に受信する。つまり、受信部22は、配管40を伝播した超音波U3を直接受信した後に、配管40を介して気体を伝播した超音波U1を受信し、その後、配管40を伝播して配管40の不連続部で反射した超音波U4を受信する。   As described above, the reception unit 22 receives the ultrasonic waves U3 and U4 propagated through the pipe 40 and the ultrasonic wave U1 propagated through the gas among the ultrasonic waves generated by the transmission unit 11 at different times. That is, the receiving unit 22 directly receives the ultrasonic wave U3 propagated through the pipe 40, then receives the ultrasonic wave U1 propagated through the pipe 40, and then propagates through the pipe 40 to discontinue the pipe 40. The ultrasonic wave U4 reflected by the unit is received.

言い換えれば、受信部22は、配管40を伝播した超音波U3を直接受信した後に、配管40を介して気体を伝播した超音波U1を受信し、その後、配管40を伝播して配管40の不連続部で反射した超音波U4を受信可能な位置に配置されている。   In other words, the receiving unit 22 directly receives the ultrasonic wave U3 propagated through the pipe 40, then receives the ultrasonic wave U1 propagated through the pipe 40, and then propagates through the pipe 40 to check the pipe 40. It arrange | positions in the position which can receive the ultrasonic wave U4 reflected in the continuous part.

図7に戻り、次に、気体流量計測ステップとして、制御部32が、超音波受信ステップ(S104)で受信部12及び受信部22が受信した超音波の波形信号から、配管40を流れる超音波ノイズを分離することにより(S106)、気体の流量を計測する(S108)。   Returning to FIG. 7, next, as the gas flow rate measurement step, the control unit 32 uses the ultrasonic waveform signals received by the reception unit 12 and the reception unit 22 in the ultrasonic reception step (S <b> 104) and flows through the pipe 40. By separating the noise (S106), the gas flow rate is measured (S108).

具体的には、制御部32は、受信部22が受信した超音波については、図12に示された超音波の波形信号から、配管40を伝播した超音波U3、U4の波形信号を分離することにより、気体を伝播した超音波U1を抽出する。また同様に、制御部32は、受信部12が受信した超音波についても、気体を伝播した超音波U2を抽出する。   Specifically, for the ultrasonic waves received by the receiving unit 22, the control unit 32 separates the waveform signals of the ultrasonic waves U3 and U4 propagated through the pipe 40 from the ultrasonic waveform signal shown in FIG. Thereby, the ultrasonic wave U1 which propagated gas is extracted. Similarly, the control unit 32 extracts the ultrasonic wave U2 that has propagated the gas from the ultrasonic wave received by the receiving unit 12.

そして、制御部32は、送信部11から受信部22に伝播された超音波U1の伝播時間と、送信部21から受信部12に伝播された超音波U2の伝播時間との差分から、当該気体の流量を計測する。   Then, the control unit 32 calculates the gas from the difference between the propagation time of the ultrasonic wave U1 propagated from the transmission unit 11 to the reception unit 22 and the propagation time of the ultrasonic wave U2 propagated from the transmission unit 21 to the reception unit 12. Measure the flow rate.

以上のように、本発明の実施の形態に係る気体用外付式超音波流量計1によれば、配管40の外方に配置された送信部に正弦波の電圧を印加して配管40の内方に向けて超音波を発生させ、配管40の外方に配置された受信部で当該超音波を受信することで、配管40内を流れる気体の流量を計測する。ここで、本願発明者らは、鋭意研究と実験の結果、正弦波の電圧を印加して発生させた超音波は、従来のパルス波の電圧を印加して発生させた超音波に比べ、配管40内を流れる気体中を良く伝播することを見出した。   As described above, according to the gas external ultrasonic flowmeter 1 according to the embodiment of the present invention, the voltage of the sine wave is applied to the transmission unit disposed outside the pipe 40 by applying a sine wave voltage. The flow rate of the gas flowing through the pipe 40 is measured by generating an ultrasonic wave inward and receiving the ultrasonic wave at a receiving unit arranged outside the pipe 40. Here, as a result of diligent research and experiments, the inventors of the present application have found that the ultrasonic wave generated by applying the voltage of the sine wave is compared with the ultrasonic wave generated by applying the voltage of the conventional pulse wave. It has been found that it propagates well in the gas flowing through 40.

これは、従来のパルス波よりも正弦波の方が、共振を生じさせるためのエネルギーが大きく、配管40を振動させやすいため、正弦波の電圧を印加して発生させた超音波の方が、配管40内を流れる気体中を良く伝播するからであろうと考えられる。つまり、複数周期からなる所定の周波数の正弦波(バースト波)の電圧を、当該所定の周波数で共振する圧電素子に印加することで、大きな共振を生じさせることができる。   This is because the sine wave is larger in energy for causing resonance than the conventional pulse wave, and the pipe 40 is likely to vibrate, so the ultrasonic wave generated by applying the voltage of the sine wave is It is thought that this is because it propagates well in the gas flowing in the pipe 40. That is, a large resonance can be generated by applying a voltage of a sine wave (burst wave) having a predetermined frequency having a plurality of cycles to a piezoelectric element that resonates at the predetermined frequency.

このため、気体用外付式超音波流量計1において、正弦波の電圧を印加して超音波を発生させることで、配管40に外付けされた状態でも、当該配管40内を流れる気体の流量を計測することができる。   Therefore, in the external ultrasonic flowmeter 1 for gas, the flow rate of the gas flowing in the pipe 40 even in the state of being externally attached to the pipe 40 by applying a sine wave voltage to generate ultrasonic waves. Can be measured.

また、本願発明者らは、鋭意研究と実験の結果、半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるように波長を調整した超音波の方が、配管40内を流れる気体中を良く伝播することを見出した。これは、超音波の半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるようにすることで、配管40の外方から入力された超音波が配管40の内面で反射されるのを抑制し配管40内の気体に到達することができるからであろうと考えられる。このため、気体用外付式超音波流量計1において、半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるような超音波を発生させることで、配管40に外付けされた状態でも、配管40内を流れる気体の流量を計測することができる。   In addition, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application are better able to use the ultrasonic wave whose wavelength is adjusted so that an integral multiple of the half wavelength is equal to the thickness of the pipe 40 in the gas flowing in the pipe 40. I found it to propagate. This prevents the ultrasonic wave input from the outside of the pipe 40 from being reflected from the inner surface of the pipe 40 by making the integral multiple of the half wavelength of the ultrasonic wave equal to the thickness of the pipe 40. This is probably because the gas in the pipe 40 can be reached. For this reason, in the external ultrasonic flowmeter 1 for gas, even if it is externally attached to the pipe 40 by generating an ultrasonic wave such that an integral multiple of a half wavelength is equal to the thickness of the pipe 40, the pipe The flow rate of the gas flowing through 40 can be measured.

また、本願発明者らは、鋭意研究と実験の結果、超音波が配管40の内面と垂直に入力されることで、当該超音波が配管40内を流れる気体中を良く伝播することを見出した。これは、超音波が配管40の内面と垂直に入力されることで、配管40の外方から入力された超音波が配管40の内面で反射されるのを抑制し配管40内の気体に到達することができるからであろうと考えられる。このため、気体用外付式超音波流量計1において、気体が流れる方向から見て、配管40の内面と垂直の方向に向けて超音波を発生させることで、配管40に外付けされた状態でも、配管40内を流れる気体の流量を計測することができる。   In addition, the inventors of the present application have found that, as a result of diligent research and experiments, when ultrasonic waves are input perpendicularly to the inner surface of the pipe 40, the ultrasonic waves propagate well in the gas flowing through the pipe 40. . This is because ultrasonic waves are input perpendicularly to the inner surface of the pipe 40, so that the ultrasonic waves input from the outside of the pipe 40 are prevented from being reflected by the inner surface of the pipe 40 and reach the gas in the pipe 40. It is thought that it is possible to do. For this reason, in the external ultrasonic flowmeter 1 for gas, the state externally attached to the pipe 40 by generating ultrasonic waves in a direction perpendicular to the inner surface of the pipe 40 as seen from the direction in which the gas flows. However, the flow rate of the gas flowing through the pipe 40 can be measured.

また、気体用外付式超音波流量計1において、気体が流れる方向に対して斜め方向に向けて超音波を発生させて、超音波が配管40または気体中を伝播する距離を長くすることで、配管40を伝播した超音波と気体を伝播した超音波とを分離しやすくすることができる。   Further, in the external ultrasonic flowmeter 1 for gas, by generating an ultrasonic wave in an oblique direction with respect to the direction in which the gas flows, the distance that the ultrasonic wave propagates in the pipe 40 or the gas is increased. Further, it is possible to easily separate the ultrasonic wave propagated through the pipe 40 and the ultrasonic wave propagated through the gas.

また、気体用外付式超音波流量計1において、配管40を伝播した超音波と気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信することで、配管40を伝播した超音波ノイズを時間的に分離することができる。   In addition, in the gas external ultrasonic flowmeter 1, the ultrasonic noise propagated through the pipe 40 is temporally received by receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe 40 and the ultrasonic wave propagated through the gas at different times. Can be separated.

また、気体用外付式超音波流量計1において、配管40を伝播した超音波を直接受信した後に、気体を伝播した超音波を受信し、その後、配管40を伝播して配管40の不連続部で反射した超音波を受信可能な位置に受信部を配置することで、配管40を伝播または反射した超音波ノイズを時間的に分離することができる。   Further, in the gas external ultrasonic flowmeter 1, after directly receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe 40, the ultrasonic wave propagated through the gas is received, and then propagated through the pipe 40 and discontinuous of the pipe 40. By arranging the receiving unit at a position where the ultrasonic wave reflected by the unit can be received, the ultrasonic noise propagated or reflected by the pipe 40 can be temporally separated.

また、気体用外付式超音波流量計1において、制御部32を備えることにより、配管40に外付けされた状態でも、配管40を流れる超音波ノイズを分離して、配管40内を流れる気体の流量を計測することができる。   In addition, in the gas external ultrasonic flowmeter 1, by providing the control unit 32, gas that flows through the pipe 40 by separating ultrasonic noise flowing through the pipe 40 even in a state of being externally attached to the pipe 40. Can be measured.

また、本発明の実施の形態に係る気体流量計測方法によれば、配管40の外方に配置された送信部に、正弦波の電圧を印加して超音波を発生させ、配管40の外方に配置された受信部で当該超音波を受信することで、配管40内を流れる気体の流量を計測する。このため、気体用外付式超音波流量計1が配管40に外付けされた状態でも、正弦波の電圧を印加して超音波を発生させることで、配管40内を流れる気体の流量を計測することができる。   In addition, according to the gas flow rate measuring method according to the embodiment of the present invention, an ultrasonic wave is generated by applying a sinusoidal voltage to the transmitting unit arranged outside the pipe 40, and the outside of the pipe 40. The flow rate of the gas flowing in the pipe 40 is measured by receiving the ultrasonic waves at the receiving unit arranged in the pipe. Therefore, even when the gas external ultrasonic flowmeter 1 is externally attached to the pipe 40, the flow rate of the gas flowing through the pipe 40 is measured by generating ultrasonic waves by applying a sine wave voltage. can do.

また、当該気体流量計測方法によれば、配管40を伝播した超音波と気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信することで、配管40を伝播した超音波ノイズを時間的に分離することができる。具体的には、配管40を伝播した超音波U3を直接受信した後に、気体を伝播した超音波U1を受信し、その後、配管40を伝播して配管40の不連続部で反射した超音波U4を受信することで、配管40を伝播または反射した超音波ノイズを時間的に分離することができる。   Moreover, according to the gas flow rate measuring method, the ultrasonic noise propagated through the pipe 40 is separated temporally by receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe 40 and the ultrasonic wave propagated through the gas at different times. Can do. Specifically, after receiving the ultrasonic wave U3 propagated through the pipe 40 directly, the ultrasonic wave U1 propagated through the gas is received, and then the ultrasonic wave U4 propagated through the pipe 40 and reflected by the discontinuous part of the pipe 40. , The ultrasonic noise propagated or reflected on the pipe 40 can be temporally separated.

また、当該気体流量計測方法によれば、気体用外付式超音波流量計1が配管40に外付けされた状態でも、配管40を流れる超音波ノイズを分離して、当該配管40内を流れる気体の流量を計測することができる。   Further, according to the gas flow measurement method, even when the gas external ultrasonic flowmeter 1 is externally attached to the pipe 40, the ultrasonic noise flowing through the pipe 40 is separated and flows through the pipe 40. The gas flow rate can be measured.

(変形例1)
次に、上記実施の形態の変形例1について、説明する。図13は、本発明の実施の形態の変形例1に係る第一探触子10、10a及び第二探触子20、20aが配管40に設置された状態を正面(同図のX軸方向マイナス側)から見た場合の構成を示す模式図である。
(Modification 1)
Next, Modification 1 of the above embodiment will be described. FIG. 13 is a front view of a state in which the first probe 10, 10a and the second probe 20, 20a according to the first modification of the embodiment of the present invention are installed in the pipe 40 (in the X-axis direction in FIG. 13). It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing from the minus side.

同図に示すように、本変形例における気体用外付式超音波流量計は、上記実施の形態における気体用外付式超音波流量計1が備える第一探触子10及び第二探触子20に加え、第一探触子10a及び第二探触子20aを備えている。   As shown in the figure, the external ultrasonic flowmeter for gas in the present modification includes the first probe 10 and the second probe included in the external ultrasonic flowmeter 1 for gas in the above embodiment. In addition to the child 20, a first probe 10a and a second probe 20a are provided.

第一探触子10a及び第二探触子20aは、配管40の外方に、配管40を挟んで対向する位置に配置されるとともに、気体の流れ方向Gにおいて異なる位置に配置される。そして、第一探触子10a及び第二探触子20aは、配管40内を気体が流れる方向(X軸方向)から見て、第一探触子10及び第二探触子20の間に、配管40を挟むように対向して配置されている。   The first probe 10 a and the second probe 20 a are arranged outside the pipe 40 at positions facing each other with the pipe 40 interposed therebetween, and are arranged at different positions in the gas flow direction G. The first probe 10a and the second probe 20a are located between the first probe 10 and the second probe 20 when viewed from the direction in which the gas flows in the pipe 40 (X-axis direction). The pipes 40 are arranged so as to face each other.

つまり、第一探触子10a及び第二探触子20aは、第一探触子10及び第二探触子20を、配管40の周りに90度回転した位置に配置されている。このため、第一探触子10、第一探触子10a、第二探触子20及び第二探触子20aは、当該気体が流れる方向から見て、等間隔に並ぶように配置されている。   That is, the first probe 10 a and the second probe 20 a are disposed at positions where the first probe 10 and the second probe 20 are rotated 90 degrees around the pipe 40. Therefore, the first probe 10, the first probe 10a, the second probe 20, and the second probe 20a are arranged so as to be arranged at equal intervals when viewed from the direction in which the gas flows. Yes.

なお、第一探触子10a及び第二探触子20aは、上記実施の形態における第一探触子10及び第二探触子20と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。   Since the first probe 10a and the second probe 20a have the same configuration as the first probe 10 and the second probe 20 in the above embodiment, detailed description thereof is omitted.

以上のように、本発明の実施の形態の変形例1に係る気体用外付式超音波流量計によれば、第一探触子10及び第二探触子20に加えて第一探触子10a及び第二探触子20aも備えているため、配管40内を流れる気体の流量を精度良く計測することができる。   As described above, according to the gas external ultrasonic flowmeter according to the first modification of the embodiment of the present invention, the first probe in addition to the first probe 10 and the second probe 20 is used. Since the child 10a and the second probe 20a are also provided, the flow rate of the gas flowing through the pipe 40 can be accurately measured.

(変形例2)
次に、上記実施の形態の変形例2について、説明する。図14は、本発明の実施の形態の変形例2に係る第一探触子10b及び第二探触子20bが配管40に設置された状態を側方(同図のY軸方向マイナス側)から見た場合の構成を示す模式図である。
(Modification 2)
Next, a second modification of the above embodiment will be described. FIG. 14 is a side view of the state in which the first probe 10b and the second probe 20b according to the second modification of the embodiment of the present invention are installed in the pipe 40 (Y-axis direction minus side in the figure). It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing from.

同図に示すように、本変形例における気体用外付式超音波流量計は、上記実施の形態における気体用外付式超音波流量計1が備える第一探触子10及び第二探触子20に代えて、第一探触子10b及び第二探触子20bを備えている。   As shown in the figure, the external ultrasonic flowmeter for gas in the present modification includes the first probe 10 and the second probe included in the external ultrasonic flowmeter 1 for gas in the above embodiment. Instead of the child 20, a first probe 10b and a second probe 20b are provided.

第一探触子10b及び第二探触子20bは、配管40の外方に、配管40の同じ側(同図ではZ軸方向プラス側)に配置されるとともに、気体の流れ方向Gにおいて異なる位置に配置される。つまり、第一探触子10b及び第二探触子20bは、配管40内の気体の流れ方向G(X軸方向)から見て、同じ位置になるように配置されている。なお、第一探触子10b及び第二探触子20bは、上記実施の形態における第一探触子10及び第二探触子20と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。   The first probe 10b and the second probe 20b are arranged outside the pipe 40 on the same side of the pipe 40 (in the figure, the Z-axis direction plus side) and differ in the gas flow direction G. Placed in position. That is, the first probe 10b and the second probe 20b are disposed so as to be at the same position when viewed from the gas flow direction G (X-axis direction) in the pipe 40. Since the first probe 10b and the second probe 20b have the same configuration as the first probe 10 and the second probe 20 in the above embodiment, detailed description thereof is omitted.

このような構成により、第一探触子10bから発振された超音波U1aは、配管40の内面(Z軸方向マイナス側の内面)で反射され、超音波U1bとなって、第二探触子20bに受信される。また同様に、第二探触子20bから発振された超音波U2aは、配管40の内面(Z軸方向マイナス側の内面)で反射され、超音波U2bとなって、第一探触子10bに受信される。つまり、送信部から発振された超音波は、V字形状に反射して受信部で受信される。   With such a configuration, the ultrasonic wave U1a oscillated from the first probe 10b is reflected by the inner surface (the inner surface on the negative side in the Z-axis direction) of the pipe 40, and becomes the ultrasonic wave U1b to be the second probe. 20b. Similarly, the ultrasonic wave U2a oscillated from the second probe 20b is reflected by the inner surface of the pipe 40 (the inner surface on the negative side in the Z-axis direction) and becomes an ultrasonic wave U2b, which is applied to the first probe 10b. Received. That is, the ultrasonic wave oscillated from the transmitter is reflected in a V shape and received by the receiver.

なお、第一探触子10bから発振された超音波は、配管40の内面で3回反射されて第二探触子20bに受信され、同様に、第二探触子20bから発振された超音波は、配管40の内面で3回反射されて第一探触子10bに受信されることにしてもよい。つまり、送信部から発振された超音波は、W字形状に反射して受信部で受信されることにしてもよい。   The ultrasonic wave oscillated from the first probe 10b is reflected by the inner surface of the pipe 40 three times and received by the second probe 20b. Similarly, the ultrasonic wave oscillated from the second probe 20b is used. The sound wave may be reflected by the inner surface of the pipe 40 three times and received by the first probe 10b. That is, the ultrasonic wave oscillated from the transmission unit may be reflected in a W shape and received by the reception unit.

以上のように、本発明の実施の形態の変形例2に係る気体用外付式超音波流量計によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。   As described above, according to the external ultrasonic flowmeter for gas according to the second modification of the embodiment of the present invention, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.

(変形例3)
次に、上記実施の形態の変形例3について、説明する。図15は、本発明の実施の形態の変形例3に係る第一探触子10c、10d及び第二探触子20cが配管40に設置された状態を側方(同図のY軸方向マイナス側)から見た場合の構成を示す模式図である。
(Modification 3)
Next, Modification 3 of the above embodiment will be described. FIG. 15 shows the state in which the first probes 10c and 10d and the second probe 20c according to the third modification of the embodiment of the present invention are installed in the pipe 40 laterally (Y-axis direction minus in the figure). It is a schematic diagram which shows the structure at the time of seeing from the side.

同図に示すように、本変形例における気体用外付式超音波流量計は、上記実施の形態における気体用外付式超音波流量計1が備える第一探触子10及び第二探触子20に代えて、第一探触子10c、10d及び第二探触子20cを備えている。   As shown in the figure, the external ultrasonic flowmeter for gas in the present modification includes the first probe 10 and the second probe included in the external ultrasonic flowmeter 1 for gas in the above embodiment. Instead of the child 20, first probes 10c and 10d and a second probe 20c are provided.

第一探触子10c及び10dと第二探触子20cとは、配管40の外方に、配管40を挟んで対向する位置に配置されるとともに、気体の流れ方向Gにおいて異なる位置に配置される。また、第一探触子10c及び10dは、配管40の同じ側(同図ではZ軸方向プラス側)に配置されるとともに、気体の流れ方向Gにおいて異なる位置に配置される。   The first probes 10c and 10d and the second probe 20c are arranged outside the pipe 40 at positions facing each other across the pipe 40 and at different positions in the gas flow direction G. The Further, the first probes 10c and 10d are arranged on the same side of the pipe 40 (Z-axis direction plus side in the figure) and are arranged at different positions in the gas flow direction G.

また、第一探触子10c及び10dは、上記実施の形態における第一探触子10が有する送信部11の機能は有しているが、受信部12の機能は有していない。また、第二探触子20cは、上記実施の形態における第二探触子20が有する受信部22の機能は有しているが、送信部21の機能は有していない。   The first probes 10c and 10d have the function of the transmission unit 11 included in the first probe 10 in the above embodiment, but do not have the function of the reception unit 12. The second probe 20c has the function of the receiving unit 22 included in the second probe 20 in the above embodiment, but does not have the function of the transmitting unit 21.

このような構成により、第一探触子10cから発振された超音波U1c、及び第一探触子10dから発振された超音波U2cは、第二探触子20cに受信される。これにより、制御部32は、第一探触子10cから第二探触子20cに伝播された超音波U1cの伝播時間と、第一探触子10dから第二探触子20cに伝播された超音波U2cの伝播時間との差分から、当該気体の流量を計測することができる。   With such a configuration, the ultrasonic wave U1c oscillated from the first probe 10c and the ultrasonic wave U2c oscillated from the first probe 10d are received by the second probe 20c. As a result, the control unit 32 propagates the ultrasonic wave U1c propagated from the first probe 10c to the second probe 20c and propagates from the first probe 10d to the second probe 20c. From the difference from the propagation time of the ultrasonic wave U2c, the flow rate of the gas can be measured.

以上のように、本発明の実施の形態の変形例3に係る気体用外付式超音波流量計によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。   As described above, according to the external ultrasonic flow meter for gas according to the third modification of the embodiment of the present invention, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.

以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る気体用外付式超音波流量計について説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   As described above, the external ultrasonic flowmeter for gas according to the embodiment of the present invention and the modified example thereof has been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiment and the modified example thereof. In other words, it should be considered that the embodiment and its modification disclosed this time are illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

例えば、上記実施の形態及びその変形例では、送信部は、半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるような超音波を発生させることとした。しかし、送信部が発生させる超音波の波長は、上記には限定されず、多少のずれは許容される。つまり、半波長の整数倍が配管40の肉厚と等しくなるような超音波を送信部が発生させる制御が行われていればよいのであって、実際に送信部が発生させた超音波の半波長の整数倍と、配管40の肉厚とが全く等しくなる必要はなく、±15%程度の範囲内でのずれは許容される。   For example, in the above-described embodiment and its modification, the transmission unit generates ultrasonic waves such that an integral multiple of a half wavelength is equal to the thickness of the pipe 40. However, the wavelength of the ultrasonic wave generated by the transmission unit is not limited to the above, and some deviation is allowed. That is, it suffices if the transmission unit is controlled to generate an ultrasonic wave so that an integral multiple of the half wavelength is equal to the wall thickness of the pipe 40, and the ultrasonic wave actually generated by the transmission unit is half the wavelength. The integral multiple of the wavelength and the wall thickness of the pipe 40 do not have to be exactly the same, and deviation within a range of about ± 15% is allowed.

また、上記実施の形態及びその変形例では、送信部は、気体が流れる方向から見て、配管40の内面と垂直の方向に向けて、超音波を発生させることとした。しかし、送信部が超音波を発生させる方向は、上記には限定されず、多少のずれは許容される。   Moreover, in the said embodiment and its modification, the transmission part decided to generate an ultrasonic wave toward the direction perpendicular | vertical to the inner surface of the piping 40 seeing from the direction through which gas flows. However, the direction in which the transmitter generates ultrasonic waves is not limited to the above, and some deviation is allowed.

また、上記実施の形態及びその変形例では、受信部は、配管40を伝播して配管40の不連続部で反射した超音波を受信することとした。しかし、配管40が非常に長いなどの理由により、受信部は、配管40の不連続部で反射した超音波を受信しなくてもかまわない。   Moreover, in the said embodiment and its modification, the receiving part decided to receive the ultrasonic wave which propagated the piping 40 and was reflected by the discontinuous part of the piping 40. FIG. However, the receiving unit may not receive the ultrasonic wave reflected by the discontinuous part of the pipe 40 because the pipe 40 is very long.

また、上記実施の形態及びその変形例では、気体用外付式超音波流量計は、印加部31と制御部32と記憶部33とを有する制御装置30を備えていることとした。しかし、制御装置30は、少なくとも印加部31を有していればよい。つまり、制御装置30は、制御部32または/及び記憶部33を有しておらず、制御部32または/及び記憶部33は、外部機器に備えられていることにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment and its modification, the gas external type ultrasonic flowmeter was provided with the control apparatus 30 which has the application part 31, the control part 32, and the memory | storage part 33. FIG. However, the control apparatus 30 should just have the application part 31 at least. That is, the control device 30 may not include the control unit 32 or / and the storage unit 33, and the control unit 32 or / and the storage unit 33 may be provided in an external device.

また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記変形例1を上記変形例2または3に適用したり、上記変形例2及び3を組み合わせたりする構成も、本発明の範囲内に含まれる。   Moreover, the form constructed | assembled combining the said embodiment and the said modification arbitrarily is also contained in the scope of the present invention. For example, a configuration in which the first modification is applied to the second or third modification or a combination of the second and third modifications is also included in the scope of the present invention.

本発明は、配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する気体用外付式超音波流量計等に適用できる。   The present invention can be applied to an external ultrasonic flowmeter for gas that is externally attached to a pipe and measures the flow rate of the gas flowing in the pipe using ultrasonic waves.

1 気体用外付式超音波流量計
10、10a、10b、10c、10d 第一探触子
11、21 送信部
12、22 受信部
13 整合層
13a、23a 面
14 配線
15 コネクタ
16 リード線
17 電極
18 圧電素子
19 吸音材
20、20a、20b、20c 第二探触子
30 制御装置
31 印加部
32 制御部
33 記憶部
40 配管
41 内面
42 外面
43 フランジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 External-type ultrasonic flowmeter for gas 10, 10a, 10b, 10c, 10d First probe 11, 21 Transmitter 12, 22 Receiver 13 Matching layer 13a, 23a Surface 14 Wiring 15 Connector 16 Lead wire 17 Electrode DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 Piezoelectric element 19 Sound absorbing material 20, 20a, 20b, 20c 2nd probe 30 Control apparatus 31 Application part 32 Control part 33 Memory | storage part 40 Piping 41 Inner surface 42 Outer surface 43 Flange

Claims (9)

配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する気体用外付式超音波流量計であって、
前記配管の外方に配置され、電圧が印加されることで前記配管の内方に向けて当該電圧の大きさに応じた超音波を発生させる送信部と、
前記配管の外方に配置され、前記送信部が発生させた超音波を受信する受信部と、
前記送信部に正弦波の電圧を印加する印加部と
を備える気体用外付式超音波流量計。
An external ultrasonic flow meter for gas that is externally attached to a pipe and measures the flow rate of the gas flowing through the pipe using ultrasonic waves,
A transmitter that is arranged outside the pipe and generates an ultrasonic wave corresponding to the magnitude of the voltage toward the inside of the pipe by applying a voltage;
A receiver that is disposed outside the pipe and that receives the ultrasonic waves generated by the transmitter;
An external ultrasonic flow meter for gas, comprising: an application unit that applies a sinusoidal voltage to the transmission unit.
前記送信部は、半波長の整数倍が前記配管の肉厚と等しくなるような前記超音波を発生させる
請求項1に記載の気体用外付式超音波流量計。
The external transmission ultrasonic flowmeter for gas according to claim 1, wherein the transmission unit generates the ultrasonic waves such that an integral multiple of a half wavelength is equal to a thickness of the pipe.
前記送信部は、前記気体が流れる方向から見て、前記配管の内面と垂直の方向に向けて、前記超音波を発生させる
請求項1または2に記載の気体用外付式超音波流量計。
The external transmission ultrasonic flowmeter for gas according to claim 1, wherein the transmission unit generates the ultrasonic wave in a direction perpendicular to an inner surface of the pipe as viewed from a direction in which the gas flows.
前記受信部は、前記送信部が発生させた超音波のうち前記配管を伝播した超音波と、前記気体を伝播した超音波とを異なる時刻に受信する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の気体用外付式超音波流量計。
The said receiving part receives the ultrasonic wave which propagated the said piping among the ultrasonic waves which the said transmission part generated, and the ultrasonic wave which propagated the said gas at different time. The external ultrasonic flowmeter for gas described.
前記受信部は、前記配管を伝播した超音波を直接受信した後に、前記配管を介して前記気体を伝播した超音波を受信し、その後、前記配管を伝播して前記配管の不連続部で反射した超音波を受信可能な位置に配置される
請求項4に記載の気体用外付式超音波流量計。
The receiving unit directly receives the ultrasonic wave propagated through the pipe and then receives the ultrasonic wave propagated through the pipe and then propagates through the pipe and is reflected by a discontinuous part of the pipe. The gas-type external ultrasonic flowmeter according to claim 4, wherein the external ultrasonic flowmeter for gas is disposed at a position where the ultrasonic wave can be received.
さらに、
前記受信部が受信した超音波の波形信号から、前記配管を流れる超音波ノイズを分離することにより、前記気体の流量を計測する制御部を備える
請求項1〜5のいずれか1項に記載の気体用外付式超音波流量計。
further,
The control part which measures the flow volume of the said gas is provided by isolate | separating the ultrasonic noise which flows through the said piping from the waveform signal of the ultrasonic wave which the said receiving part received. External flow meter for gas.
配管に外付けされ、超音波を用いて当該配管内を流れる気体の流量を計測する気体用外付式超音波流量計による気体流量計測方法であって、
前記配管の外方に配置された送信部に、正弦波の電圧を印加して当該電圧の大きさに応じた超音波を発生させる超音波発生ステップと、
前記配管の外方に配置された受信部で、前記送信部が発生させた超音波を受信する超音波受信ステップと
を含む気体流量計測方法。
A gas flow measurement method using an external ultrasonic flowmeter for gas, which is externally attached to a pipe and measures the flow rate of the gas flowing through the pipe using ultrasonic waves,
An ultrasonic wave generating step of applying a sinusoidal voltage to the transmitter disposed outside the pipe and generating an ultrasonic wave according to the magnitude of the voltage; and
An ultrasonic flow receiving method for receiving an ultrasonic wave generated by the transmitting unit at a receiving unit disposed outside the pipe.
前記超音波受信ステップでは、前記受信部で、前記送信部が発生させた超音波のうち、前記配管を伝播した超音波を直接受信した後に、前記配管を介して前記気体を伝播した超音波を受信し、その後、前記配管を伝播して前記配管の不連続部で反射した超音波を受信する
請求項7に記載の気体流量計測方法。
In the ultrasonic wave receiving step, the ultrasonic wave propagated through the pipe after directly receiving the ultrasonic wave propagated through the pipe among the ultrasonic waves generated by the transmitter in the receiving part. The gas flow rate measuring method according to claim 7, wherein the ultrasonic wave that is received and then propagated through the pipe and reflected by a discontinuous portion of the pipe is received.
さらに、
前記超音波受信ステップで前記受信部が受信した超音波の波形信号から、前記配管を流れる超音波ノイズを分離することにより、前記気体の流量を計測する気体流量計測ステップを含む
請求項7または8に記載の気体流量計測方法。
further,
The gas flow measurement step of measuring the flow rate of the gas by separating ultrasonic noise flowing through the pipe from the ultrasonic waveform signal received by the receiving unit in the ultrasonic reception step. The gas flow measurement method described in 1.
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