JP2016223909A - Ultrasonic flow meter and flow velocity distribution controller - Google Patents

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祐樹 河本
Yuki Kawamoto
祐樹 河本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic flow meter which is impervious to drift in an improved manner.SOLUTION: An ultrasonic flow meter includes: a first ultrasonic transducer 101 for allowing a first ultrasonic signal to enter a measurement pipe 1 through which fluid flows; a second ultrasonic transducer 102 arranged at a position capable of receiving the first ultrasonic signal and allowing a second ultrasonic signal to enter the measurement pipe 1; and a flow velocity distribution controller 50 which is connected to the measurement pipe 1, which can rotate around a central axis of the measurement pipe 1, and which includes a large resistance region and a small resistance region for applying relatively-large resistance and relatively-small resistance to the progress of the fluid in a cross section respectively.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は流体計測技術に関し、特に超音波流量計及び流速分布制御器に関する。   The present invention relates to a fluid measurement technique, and more particularly to an ultrasonic flow meter and a flow velocity distribution controller.

流体の流量の計測には、超音波流量計が用いられることがある(例えば、特許文献1、2参照。)。超音波流量計は、配管の上流側と下流側にそれぞれ設けられた超音波トランスデューサを備える。超音波流量計は、配管の中を流れる流体に向かって超音波を送り込み、流体の上流から下流方向に従って伝播する超音波の伝播時間と、下流から上流方向に逆らって伝播する超音波の伝播時間と、の時間差に基づき、配管内を流れる流体の流速又は流量を算出する。特許文献3は、流速又は流量の算出方法として、相関法及びゼロクロス法等を開示している。   An ultrasonic flowmeter may be used to measure the flow rate of the fluid (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The ultrasonic flowmeter includes ultrasonic transducers provided on the upstream side and the downstream side of the pipe, respectively. The ultrasonic flowmeter sends ultrasonic waves toward the fluid flowing in the pipe, and propagates the ultrasonic waves propagating from the upstream to the downstream direction, and the ultrasonic wave propagating times from the downstream to the upstream direction. The flow velocity or flow rate of the fluid flowing in the pipe is calculated based on the time difference between Patent Document 3 discloses a correlation method, a zero cross method, and the like as a calculation method of a flow velocity or a flow rate.

配管内を流れる流体に偏流が生じると、超音波流量計で流体の流量を正確に計測できない場合がある。これに対し、配管に複数の超音波トランスデューサの組みを配置し、それぞれの超音波トランスデューサの組みから得られた流体の流速の平均値に基づき、偏流の影響を排して流体の流量を算出する方法が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。   If a drift occurs in the fluid flowing in the pipe, the flow rate of the fluid may not be accurately measured with the ultrasonic flow meter. On the other hand, a plurality of ultrasonic transducer groups are arranged in the pipe, and the flow rate of the fluid is calculated by eliminating the influence of the drift based on the average value of the flow velocity of the fluid obtained from each ultrasonic transducer group. A method has been proposed (see, for example, Patent Document 4).

特開2014−182097号公報JP 2014-182097 A 特開2013−178125号公報JP 2013-178125 A 特表2013−88322号公報Special table 2013-88322 gazette 実公平03−007787号公報No. 03-007787

本発明は、より偏流の影響を受けにくい超音波流量計及び流速分布制御器を提供することを目的の一つとする。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter and a flow velocity distribution controller that are less susceptible to drift.

本発明の態様によれば、(a)流体が流れる断面形状が円の計測配管部に対して第1の超音波信号を入射する第1の超音波トランスデューサと、(b)第1の超音波信号を受信可能な位置に配置され、計測配管部に対して第2の超音波信号を入射する第2の超音波トランスデューサと、(c)第1の超音波信号が配管内を経て第2の超音波トランスデューサに到達するまでの第1の時間と、第2の超音波信号が配管内を経て第1の超音波トランスデューサに到達するまでの第2の時間と、に基づき、計測配管部内の流体の流速を算出する流速算出部と、(d)計測配管部に接続され、計測配管部の中心軸に対して回転可能であり、断面において、流体の進行に相対的に強い抵抗を与える強抵抗領域と、流体の進行に相対的に弱い抵抗を与える弱抵抗領域と、が設けられた流速分布制御器と、を備える、超音波流量計が提供される。なお、本開示において、断面形状が円とは、断面形状が円である部分が少なくともあればよく、断面形状が円である部分に追加して他の形状の部分があってもよい。   According to the aspect of the present invention, (a) a first ultrasonic transducer that inputs a first ultrasonic signal to a measurement pipe section in which a fluid flows in a circular cross section, and (b) a first ultrasonic wave. A second ultrasonic transducer disposed at a position where the signal can be received and inputting the second ultrasonic signal to the measurement pipe section; and (c) a second ultrasonic signal passing through the pipe through the second ultrasonic transducer. Based on the first time until reaching the ultrasonic transducer and the second time until the second ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer through the pipe, the fluid in the measurement pipe section And (d) a strong resistance that is connected to the measurement pipe section and is rotatable with respect to the central axis of the measurement pipe section and that provides a relatively strong resistance to the progress of the fluid in the cross section. Provides relatively weak resistance to the area and fluid progression It comprises a resistor region, and flow velocity distribution controller provided with the ultrasonic flow meter is provided. In the present disclosure, the cross-sectional shape is a circle, as long as there is at least a portion having a circular cross-sectional shape, and there may be a portion having another shape in addition to the portion having a circular cross-sectional shape.

流速分布制御器に到達した流体の流速分布において、流速が速い部分に強抵抗領域があたり、流速が遅い部分に弱抵抗領域があたるよう、上記の超音波流量計において、流速分布制御器が回転されてもよい。   In the flow velocity distribution of the fluid that has reached the flow velocity distribution controller, the flow velocity distribution controller rotates in the above ultrasonic flowmeter so that the strong resistance region hits the high flow velocity portion and the weak resistance region hits the low flow velocity portion. May be.

上記の超音波流量計において、流速分布制御器に、流体が通過する複数の開口が回転中心に対して非対称的に設けられていてもよい。   In the above ultrasonic flow meter, the flow velocity distribution controller may be provided with a plurality of openings through which fluid passes asymmetrically with respect to the rotation center.

上記の超音波流量計において、流速分布制御器が、円筒状の側壁部と、計測配管部と異なる中心軸を備える筒状部材と、筒状部材の外周から側壁部に放射状に配置された板状部材と、を備えていてもよい。筒状部材が円筒状であってもよいし、角筒状であってもよい。   In the above ultrasonic flowmeter, the flow velocity distribution controller includes a cylindrical side wall, a cylindrical member having a central axis different from that of the measurement pipe unit, and a plate radially disposed from the outer periphery of the cylindrical member to the side wall. And a shaped member. The cylindrical member may be cylindrical or rectangular.

上記の超音波流量計において、流速分布制御器が、個々の孔の開口面積が小さい小メッシュ領域と、個々の孔の開口面積が大きい大メッシュ領域と、を備えていてもよい。小メッシュ領域の中心が流速分布制御器の中心軸と異なっており、大メッシュ領域が小メッシュ領域を囲んでいてもよい。   In the above ultrasonic flowmeter, the flow velocity distribution controller may include a small mesh area where the opening area of each hole is small and a large mesh area where the opening area of each hole is large. The center of the small mesh area may be different from the central axis of the flow velocity distribution controller, and the large mesh area may surround the small mesh area.

上記の超音波流量計において、計測配管部の外周に突起が設けられており、流速分布制御器に、計測配管部の突起と接する段部が設けられていてもよい。計測配管部の突起が、計測配管部の外周を一周しており、流速分布制御器の段部が、流速分布制御器の外周を一周していてもよい。   In the above ultrasonic flowmeter, a protrusion may be provided on the outer periphery of the measurement pipe section, and a step portion that contacts the protrusion of the measurement pipe section may be provided in the flow velocity distribution controller. The protrusion of the measurement pipe part may make a round around the outer circumference of the measurement pipe part, and the step part of the flow velocity distribution controller may make a round around the outer circumference of the flow velocity distribution controller.

上記の超音波流量計が、計測配管部の外周と、流速分布制御器の段部と、の間に配置されるガスケットをさらに備えていてもよい。ガスケットがOリングであってもよい。   The ultrasonic flow meter may further include a gasket disposed between the outer periphery of the measurement pipe portion and the step portion of the flow velocity distribution controller. The gasket may be an O-ring.

また、本発明の態様によれば、超音波流量計の計測配管部に接続される流速分布制御器であって、計測配管部の中心軸に対して回転可能であり、断面において、当該流速分布制御器を流れる流体の進行に相対的に強い抵抗を与える強抵抗領域と、流体の進行に相対的に弱い抵抗を与える弱抵抗領域と、が設けられた流速分布制御器が提供される。   Further, according to the aspect of the present invention, the flow velocity distribution controller connected to the measurement pipe section of the ultrasonic flowmeter, which is rotatable with respect to the central axis of the measurement pipe section, the flow velocity distribution in the cross section There is provided a flow velocity distribution controller provided with a strong resistance region that provides a relatively strong resistance to the progress of the fluid flowing through the controller and a weak resistance region that provides a relatively weak resistance to the progress of the fluid.

上記の流速分布制御器が、当該流速分布制御器に到達した流体の流速分布において、流速が速い部分に強抵抗領域があたり、流速が遅い部分に弱抵抗領域があたるよう回転されてもよい。   In the flow velocity distribution of the fluid that has reached the flow velocity distribution controller, the flow velocity distribution controller may be rotated so that the strong resistance region hits a portion where the flow velocity is fast and the weak resistance region hits a portion where the flow velocity is slow.

上記の流速分布制御器に、流体が通過する複数の開口が回転中心に対して非対称的に設けられていてもよい。   The flow velocity distribution controller may be provided with a plurality of openings through which fluid passes asymmetrically with respect to the rotation center.

上記の流速分布制御器が、円筒状の側壁部と、計測配管部と異なる中心軸を備える筒状部材と、筒状部材の外周から側壁部に放射状に配置された板状部材と、を備えていてもよい。筒状部材が円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。   The flow velocity distribution controller includes a cylindrical side wall part, a cylindrical member having a central axis different from that of the measurement pipe part, and a plate-like member arranged radially from the outer periphery of the cylindrical member to the side wall part. It may be. The cylindrical member may be cylindrical or rectangular.

上記の流速分布制御器が、個々の孔の開口面積が小さい小メッシュ領域と、個々の孔の開口面積が大きい大メッシュ領域と、を備えていてもよい。小メッシュ領域の中心が流速分布制御器の中心軸と異なっており、大メッシュ領域が小メッシュ領域を囲んでいてもよい。   The flow velocity distribution controller may include a small mesh area where the opening area of each hole is small and a large mesh area where the opening area of each hole is large. The center of the small mesh area may be different from the central axis of the flow velocity distribution controller, and the large mesh area may surround the small mesh area.

本発明によれば、より偏流の影響を受けにくい超音波流量計及び流速分布制御器を提供可能である。   According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic flowmeter and a flow velocity distribution controller that are less susceptible to drift.

本発明の第1の実施の形態に係る超音波流量計の模式的上面図である。It is a typical top view of the ultrasonic flowmeter concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1のII−II方向から見た、本発明の第1の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the ultrasonic flowmeter which concerns on the 1st Embodiment of this invention seen from the II-II direction of FIG. 図1のIII−III方向から見た、本発明の第1の実施の形態に係る流速分布制御器の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the flow-velocity distribution controller which concerns on the 1st Embodiment of this invention seen from the III-III direction of FIG. 流体の進行方向から見た、本発明の第1の実施の形態に係る流速分布制御器の模式的側面図である。It is a typical side view of the flow-velocity distribution controller which concerns on the 1st Embodiment of this invention seen from the advancing direction of the fluid. 本発明の第1の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is a typical sectional view of the ultrasonic flow meter concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is a typical sectional view of the ultrasonic flow meter concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is a typical sectional view of the ultrasonic flow meter concerning a 1st embodiment of the present invention. 流体の進行方向に対して垂直方向から見た、本発明の参考例に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the ultrasonic flowmeter which concerns on the reference example of this invention seen from the perpendicular | vertical direction with respect to the advancing direction of a fluid. 流体の進行方向から見た、本発明の参考例に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the ultrasonic flowmeter which concerns on the reference example of this invention seen from the advancing direction of the fluid. 流体の進行方向から見た、本発明の参考例に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the ultrasonic flowmeter which concerns on the reference example of this invention seen from the advancing direction of the fluid. 流体の進行方向から見た、本発明の参考例に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the ultrasonic flowmeter which concerns on the reference example of this invention seen from the advancing direction of the fluid. 流体の進行方向から見た、本発明の参考例に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the ultrasonic flowmeter which concerns on the reference example of this invention seen from the advancing direction of the fluid. 流体の進行方向から見た、本発明の第1の実施の形態に係る超音波流量計に接続される上流配管の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the upstream piping connected to the ultrasonic flowmeter which concerns on the 1st Embodiment of this invention seen from the advancing direction of the fluid. 流体の進行方向から見た、本発明の第1の実施の形態に係る流速分布制御器の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the flow-velocity distribution controller which concerns on the 1st Embodiment of this invention seen from the advancing direction of the fluid. 本発明の第1の実施の形態に係る流速分布制御器の模式的断面図である。It is a typical sectional view of the flow velocity distribution controller concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る超音波流量計の模式的断面図である。It is a typical sectional view of the ultrasonic flowmeter concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る流速分布制御器の模式的断面図である。It is a typical sectional view of a flow velocity distribution controller concerning a 2nd embodiment of the present invention.

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る超音波流量計は、上面図である図1、II−II方向から見た断面図である図2、及び図1のIII−III方向から見た断面図である図3に示すように、流体が流れる断面形状が円の計測配管部1に対して第1の超音波信号を入射する第1の超音波トランスデューサ101と、第1の超音波信号を受信可能な位置に配置され、計測配管部1に対して第2の超音波信号を入射する第2の超音波トランスデューサ102と、第1の超音波信号が計測配管部1内を経て第2の超音波トランスデューサ102に到達するまでの第1の時間と、第2の超音波信号が計測配管部1内を経て第1の超音波トランスデューサ101に到達するまでの第2の時間と、に基づき、計測配管部1内の流体の流速を算出する流速算出部302と、計測配管部1に接続され、計測配管部1の中心軸に対して回転可能であり、断面において、流体の進行に相対的に強い抵抗を与える強抵抗領域と、流体の進行に相対的に弱い抵抗を与える弱抵抗領域と、が設けられた流速分布制御器50と、を備える。
(First embodiment)
The ultrasonic flowmeter according to the first embodiment is a top view of FIG. 1, FIG. 2 is a cross-sectional view seen from the II-II direction, and a cross-sectional view seen from the III-III direction of FIG. As shown in FIG. 3, the first ultrasonic transducer 101 that inputs the first ultrasonic signal to the measurement pipe section 1 having a circular cross section through which the fluid flows, and the first ultrasonic signal can be received. A second ultrasonic transducer 102 disposed at a position and receiving a second ultrasonic signal to the measurement piping unit 1, and the first ultrasonic signal passes through the measurement piping unit 1 and the second ultrasonic transducer. Based on the first time until reaching 102 and the second time until the second ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer 101 through the measurement pipe 1, the measurement pipe A flow velocity calculation unit 302 that calculates the flow velocity of the fluid in 1 , Connected to the measurement piping unit 1, rotatable with respect to the central axis of the measurement piping unit 1, and in a cross section, a strong resistance region that gives a relatively strong resistance to the progress of fluid, and a relative to the progress of fluid A flow velocity distribution controller 50 provided with a weak resistance region that provides a weak resistance.

図2に示すように、流速分布制御器50は、例えば、計測配管部1の上流側に接続される。流速分布制御器50の上流側には、断面形状が円の上流配管2に接続される。上流配管2の端部には、フランジ状の突起部12が設けられている。突起部12は、上流配管2の外周上を周回している。計測配管部1の中心軸方向から見て、突起部12の外周形状は円である。   As shown in FIG. 2, the flow velocity distribution controller 50 is connected to the upstream side of the measurement piping unit 1, for example. An upstream side of the flow velocity distribution controller 50 is connected to the upstream pipe 2 having a circular cross section. A flange-shaped protrusion 12 is provided at the end of the upstream pipe 2. The protrusion 12 circulates on the outer periphery of the upstream pipe 2. When viewed from the central axis direction of the measurement pipe portion 1, the outer peripheral shape of the protrusion 12 is a circle.

流速分布制御器50の上流側端部には、上流配管2の突起部12と接する、鉤上の段部52Aが設けられている。断面形状が円の流速分布制御器50の中心軸を上流側に延長した方向から見た図4に示すように、段部52Aは、流速分布制御器50の外周上を周回している。段部52Aの内周及び外周形状は円である。例えば、流速分布制御器50の段部52Aの内周の径は、図2に示す上流配管2の突起部12の外周の径と等しく、上流配管2端部の突起部12は、流速分布制御器50の段部52Aに挿入される。   At the upstream end of the flow velocity distribution controller 50, a step 52 </ b> A on the ridge that is in contact with the protrusion 12 of the upstream pipe 2 is provided. As shown in FIG. 4 as viewed from the direction in which the central axis of the flow velocity distribution controller 50 having a circular cross-sectional shape extends upstream, the stepped portion 52A circulates on the outer periphery of the flow velocity distribution controller 50. The inner and outer peripheral shapes of the stepped portion 52A are circles. For example, the diameter of the inner periphery of the step portion 52A of the flow velocity distribution controller 50 is equal to the diameter of the outer periphery of the protrusion portion 12 of the upstream pipe 2 shown in FIG. It is inserted into the step 52A of the container 50.

流体の流れ方向において、流速分布制御器50の段部52Aの内周の幅は、上流配管2の突起部12の外周の幅よりも長い。上流配管2の外周と、流速分布制御器50の段部52Aの内周と、上流配管2の突起部12の側壁と、の間には、Oリング等のガスケット4が配置される。さらに、上流配管2の外周には、環状部材6が固定されている。環状部材6は、突起部12に対して、上流配管2の開口の反対側に固定されている。環状部材6の内周の径は、上流配管2の外周の径と等しく、環状部材6の内周は、上流配管2の外周と密に接している。環状部材6の高さは、突起部12の高さよりも高く、環状部材6の側壁は、流速分布制御器50の段部52Aの端面と接する。   In the fluid flow direction, the width of the inner periphery of the step 52A of the flow velocity distribution controller 50 is longer than the width of the outer periphery of the protrusion 12 of the upstream pipe 2. A gasket 4 such as an O-ring is disposed between the outer periphery of the upstream pipe 2, the inner periphery of the step portion 52 </ b> A of the flow velocity distribution controller 50, and the side wall of the protrusion 12 of the upstream pipe 2. Further, an annular member 6 is fixed to the outer periphery of the upstream pipe 2. The annular member 6 is fixed to the opposite side of the opening of the upstream pipe 2 with respect to the protrusion 12. The diameter of the inner periphery of the annular member 6 is equal to the diameter of the outer periphery of the upstream pipe 2, and the inner periphery of the annular member 6 is in close contact with the outer periphery of the upstream pipe 2. The height of the annular member 6 is higher than the height of the protrusion 12, and the side wall of the annular member 6 is in contact with the end surface of the step portion 52 </ b> A of the flow velocity distribution controller 50.

流速分布制御器50の下流側に、断面形状が円の計測配管部1が接続される。計測配管部1の端部には、フランジ状の突起部11が設けられている。突起部11は、計測配管部1の外周上を周回している。計測配管部1の中心軸方向から見て、突起部11の外周形状は円である。   On the downstream side of the flow velocity distribution controller 50, the measurement pipe section 1 having a circular cross section is connected. A flange-shaped projection 11 is provided at the end of the measurement pipe 1. The protrusion 11 circulates on the outer periphery of the measurement piping unit 1. When viewed from the central axis direction of the measurement pipe portion 1, the outer peripheral shape of the protrusion 11 is a circle.

流速分布制御器50の下流側端部には、計測配管部1の突起部11と接する、鉤上の段部52Bが設けられている。段部52Bは、流速分布制御器50の外周上を周回している。流速分布制御器50の中心軸を下流側に延長した方向から見て、段部52Bの内周及び外周形状は円である。例えば、流速分布制御器50の段部52Bの内周の径は、計測配管部1の突起部11の外周の径と等しく、計測配管部1端部の突起部11は、流速分布制御器50の段部52Bに挿入される。   At the downstream end of the flow velocity distribution controller 50, a step portion 52 </ b> B on the ridge that is in contact with the protruding portion 11 of the measurement pipe portion 1 is provided. The stepped portion 52 </ b> B circulates on the outer periphery of the flow velocity distribution controller 50. When viewed from the direction in which the central axis of the flow velocity distribution controller 50 extends to the downstream side, the inner and outer peripheral shapes of the stepped portion 52B are circles. For example, the diameter of the inner periphery of the step 52B of the flow velocity distribution controller 50 is equal to the diameter of the outer periphery of the protrusion 11 of the measurement pipe portion 1, and the protrusion 11 at the end of the measurement pipe portion 1 is connected to the flow velocity distribution controller 50. Is inserted into the step 52B.

流体の流れ方向において、流速分布制御器50の段部52Bの内周の幅は、計測配管部1の突起部11の外周の幅よりも長い。計測配管部1の外周と、流速分布制御器50の段部52Bの内周と、計測配管部1の突起部11の側壁と、の間には、Oリング等のガスケット5が配置される。さらに、計測配管部1の外周には、環状部材7が固定されている。環状部材7は、突起部11に対して、計測配管部1の開口の反対側に固定されている。環状部材7の内周の径は、計測配管部1の外周の径と等しく、環状部材7の内周は、計測配管部1の外周と密に接している。環状部材7の高さは、突起部11の高さよりも高く、環状部材7の側壁は、流速分布制御器50の段部52Bの端面と接する。   In the fluid flow direction, the width of the inner periphery of the stepped portion 52 </ b> B of the flow velocity distribution controller 50 is longer than the width of the outer periphery of the protruding portion 11 of the measurement pipe portion 1. A gasket 5 such as an O-ring is disposed between the outer periphery of the measurement piping unit 1, the inner periphery of the stepped portion 52 </ b> B of the flow velocity distribution controller 50, and the side wall of the projection 11 of the measurement piping unit 1. Further, an annular member 7 is fixed to the outer periphery of the measurement piping unit 1. The annular member 7 is fixed to the protrusion 11 on the opposite side of the opening of the measurement pipe portion 1. The diameter of the inner periphery of the annular member 7 is equal to the diameter of the outer periphery of the measurement pipe part 1, and the inner periphery of the annular member 7 is in close contact with the outer periphery of the measurement pipe part 1. The height of the annular member 7 is higher than the height of the protrusion 11, and the side wall of the annular member 7 is in contact with the end surface of the stepped portion 52 </ b> B of the flow velocity distribution controller 50.

図2及び図3に示すように、流速分布制御器50の断面には、流体が通過する複数の開口51a−51gが回転軸に対して非対称的に設けられている。なお、流速分布制御器50の回転軸は、計測配管部1の中心軸を上流方向に延長した軸と一致する。   As shown in FIGS. 2 and 3, the cross section of the flow velocity distribution controller 50 is provided with a plurality of openings 51 a to 51 g through which fluid passes asymmetrically with respect to the rotation axis. The rotation axis of the flow velocity distribution controller 50 coincides with an axis obtained by extending the central axis of the measurement piping unit 1 in the upstream direction.

流速分布制御器50は、例えば、円筒状の側壁部53と、円筒状の側壁部53の中に配置された、計測配管部1の中心軸とは異なる中心軸を有する円筒状の筒状部材54と、筒状部材54の外周から側壁部53に放射状に配置された板状部材55a−55eと、を備える。例えば、円筒状の側壁部53の中心軸は、計測配管部1の中心軸と一致する。円筒状の側壁部53の空洞部が、開口51aをなしている。板状部材55a−55eのそれぞれは、側壁部53と筒状部材54とに接続されている。板状部材55a−55eによって、筒状部材54は、円筒状の側壁部53内に保持されている。   The flow velocity distribution controller 50 is, for example, a cylindrical tubular member having a cylindrical side wall portion 53 and a central axis that is disposed in the cylindrical side wall portion 53 and that is different from the central axis of the measurement pipe portion 1. 54, and plate-like members 55 a to 55 e arranged radially from the outer periphery of the cylindrical member 54 to the side wall portion 53. For example, the central axis of the cylindrical side wall part 53 coincides with the central axis of the measurement pipe part 1. A hollow portion of the cylindrical side wall portion 53 forms an opening 51a. Each of the plate-like members 55 a to 55 e is connected to the side wall portion 53 and the cylindrical member 54. The cylindrical member 54 is held in the cylindrical side wall 53 by the plate-like members 55a to 55e.

板状部材55a、55b、筒状部材54、及び側壁部53で囲まれた空間が、開口51bをなしている。板状部材55b、55c、筒状部材54、及び側壁部53で囲まれた空間が、開口51cをなしている。板状部材55c、55d、筒状部材54、及び側壁部53で囲まれた空間が、開口51dをなしている。板状部材55d、55e、筒状部材54、及び側壁部53で囲まれた空間が、開口51eをなしている。板状部材55e、55f、筒状部材54、及び側壁部53で囲まれた空間が、開口51fをなしている。板状部材55f、55a、筒状部材54、及び側壁部53で囲まれた空間が、開口51gをなしている。   A space surrounded by the plate-like members 55a and 55b, the cylindrical member 54, and the side wall 53 forms an opening 51b. A space surrounded by the plate-like members 55b and 55c, the cylindrical member 54, and the side wall portion 53 forms an opening 51c. A space surrounded by the plate-like members 55c and 55d, the cylindrical member 54, and the side wall portion 53 forms an opening 51d. A space surrounded by the plate-like members 55d and 55e, the cylindrical member 54, and the side wall 53 forms an opening 51e. A space surrounded by the plate-like members 55e and 55f, the cylindrical member 54, and the side wall 53 forms an opening 51f. A space surrounded by the plate-like members 55f and 55a, the cylindrical member 54, and the side wall 53 forms an opening 51g.

開口51d、51e、51fの開口面積は、開口51g、51b、51cの開口面積より大きい。開口面積が大きい開口51d、51e、51fを含む領域が、流体の進行に対して弱い抵抗を与える弱抵抗領域であり、開口面積が小さい開口51g、51b、51cを含む領域が、流体の進行に対して強い抵抗を与える強抵抗領域である。なお、弱抵抗領域における弱い抵抗とは、強抵抗領域における抵抗に対して相対的に弱い抵抗であり、強抵抗領域における強い抵抗とは、弱抵抗領域における抵抗に対して相対的に強い抵抗であることを意味する。   The opening areas of the openings 51d, 51e, and 51f are larger than the opening areas of the openings 51g, 51b, and 51c. A region including the openings 51d, 51e, and 51f having a large opening area is a weak resistance region that gives weak resistance to the progress of the fluid, and a region including the openings 51g, 51b, and 51c having a small opening area is used for the progress of the fluid. This is a strong resistance region that gives a strong resistance. The weak resistance in the weak resistance region is a resistance relatively weak with respect to the resistance in the strong resistance region, and the strong resistance in the strong resistance region is a resistance relatively strong with respect to the resistance in the weak resistance region. It means that there is.

図2に示す固定され回転できない上流配管2及び計測配管部1に対し、断面形状が円である流速分布制御器50は、その中心軸である回転軸に対して回転可能である。流速分布制御器50は、流速分布制御器50に到達した流体の流速分布において、流速が速い部分に強抵抗領域があたり、流速が遅い部分に弱抵抗領域があたるよう、回転される。流速分布制御器50は、例えば手動で連続的に回転させられることが可能であるが、モータ等の回転機によって回転させられてもよい。   With respect to the upstream pipe 2 and the measurement pipe section 1 that are fixed and cannot rotate as shown in FIG. 2, the flow velocity distribution controller 50 having a circular cross-sectional shape is rotatable with respect to the rotation axis that is the central axis. In the flow velocity distribution of the fluid that has reached the flow velocity distribution controller 50, the flow velocity distribution controller 50 is rotated so that a strong resistance region hits a portion where the flow velocity is fast and a weak resistance region hits a portion where the flow velocity is slow. The flow velocity distribution controller 50 can be manually rotated continuously, for example, but may be rotated by a rotating machine such as a motor.

第1の超音波トランスデューサ101は計測配管部1内を流れる流体の上流側に配置され、第2の超音波トランスデューサ102は下流側に配置される。図5に示すように、第1の超音波トランスデューサ101から発せられた第1の超音波信号は、計測配管部1内の流体中を進み、第2の超音波トランスデューサ102で受信される。また、図6に示すように、第2の超音波トランスデューサ102から発せられた第2の超音波信号は、計測配管部1内の流体中を進み、第1の超音波トランスデューサ101で受信される。例えば、第1の超音波トランスデューサ101と第2の超音波トランスデューサ102は、交互に駆動信号が印加され、交互に超音波信号を発する。   The first ultrasonic transducer 101 is disposed on the upstream side of the fluid flowing in the measurement piping unit 1, and the second ultrasonic transducer 102 is disposed on the downstream side. As shown in FIG. 5, the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer 101 travels through the fluid in the measurement piping unit 1 and is received by the second ultrasonic transducer 102. Further, as shown in FIG. 6, the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer 102 travels through the fluid in the measurement piping unit 1 and is received by the first ultrasonic transducer 101. . For example, the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are alternately applied with drive signals and alternately generate ultrasonic signals.

第1の超音波トランスデューサ101から発せられた第1の超音波信号は、例えば、計測配管部1の中心軸を横切る。また、第2の超音波トランスデューサ102から発せられた第2の超音波信も、計測配管部1の中心軸を横切る。   The 1st ultrasonic signal emitted from the 1st ultrasonic transducer 101 crosses the central axis of the measurement piping part 1, for example. In addition, the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer 102 also crosses the central axis of the measurement piping unit 1.

計測配管部1の内部においては、流体が流速vで流れている。上述したように、第1の超音波トランスデューサ101は計測配管部1内を流れる流体の上流側に配置され、第2の超音波トランスデューサ102は下流側に配置される。そのため、図5に示す第1の超音波トランスデューサ101から発せられた第1の超音波信号は、計測配管部1内の空洞部を流体の流れに従って伝播する。これに対し、図6に示す第2の超音波トランスデューサ102から発せられた第2の超音波信号は、計測配管部1内の空洞部を流体の流れに逆らって伝播する。よって、計測配管部1内の空洞部において、第1の超音波信号の伝播時間と、第2の超音波信号の伝播時間と、で、流体の流速vによる差が生じる。   Inside the measurement piping unit 1, the fluid flows at a flow velocity v. As described above, the first ultrasonic transducer 101 is disposed on the upstream side of the fluid flowing in the measurement piping unit 1, and the second ultrasonic transducer 102 is disposed on the downstream side. Therefore, the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer 101 shown in FIG. 5 propagates through the cavity in the measurement piping unit 1 according to the flow of the fluid. On the other hand, the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer 102 shown in FIG. 6 propagates in the cavity in the measurement pipe part 1 against the fluid flow. Therefore, in the hollow part in the measurement piping part 1, a difference due to the flow velocity v of the fluid occurs between the propagation time of the first ultrasonic signal and the propagation time of the second ultrasonic signal.

図5に示す計測配管部1内の流体の進行方向に対する第1の超音波信号の進行方向の角度をθ、計測配管部1内の流体における超音波の音速をcとすると、第1の超音波信号が計測配管部1内の空洞部を横切るために必要な伝播時間t1は、下記(1)式で与えられる。
1=L/(c+v・cosθ) (1)
また、図6に示す計測配管部1内の流体の進行方向に対する第2の超音波信号の進行方向の角度もθであり、第2の超音波信号が計測配管部1内の空洞部を横切るために必要な伝播時間t2は、下記(2)式で与えられる。
2=L/(c−v・cosθ) (2)
ここで、図7に示すように、Lは第1の超音波信号及び第2の超音波信号のそれぞれが計測配管部1内の空洞部を横切る長さを表す。
When the angle of the traveling direction of the first ultrasonic signal with respect to the traveling direction of the fluid in the measurement piping unit 1 shown in FIG. 5 is θ, and the sound velocity of the ultrasonic wave in the fluid in the measuring piping unit 1 is c, the first super The propagation time t 1 required for the sound wave signal to cross the hollow portion in the measurement piping unit 1 is given by the following equation (1).
t 1 = L / (c + v · cos θ) (1)
Further, the angle of the traveling direction of the second ultrasonic signal with respect to the traveling direction of the fluid in the measurement piping unit 1 shown in FIG. 6 is also θ, and the second ultrasonic signal crosses the cavity in the measuring piping unit 1. The propagation time t 2 required for this is given by the following equation (2).
t 2 = L / (cv · cos θ) (2)
Here, as shown in FIG. 7, L represents the length that each of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal crosses the cavity in the measurement piping unit 1.

上記(1)及び(2)式より、伝播時間t1の逆数と伝播時間t2の逆数との和は、下記(3)式で与えられる。
1/t1+1/t2=(c+v・cosθ)/L+(c−v・cosθ)/L
=2c/L (3)
上記(3)式より、計測配管部1内の空洞部を流れる流体における音速cは、下記(4)式で与えられる。
c=L(1/t1+1/t2)/2 (4)
From the above equations (1) and (2), the sum of the reciprocal of the propagation time t 1 and the reciprocal of the propagation time t 2 is given by the following equation (3).
1 / t 1 + 1 / t 2 = (c + v · cos θ) / L + (c−v · cos θ) / L
= 2c / L (3)
From the above equation (3), the speed of sound c in the fluid flowing through the cavity in the measurement pipe unit 1 is given by the following equation (4).
c = L (1 / t 1 + 1 / t 2 ) / 2 (4)

また、上記(1)及び(2)式より、伝播時間t2と伝播時間t1との差Δtは、下記(5)式で与えられる。
Δt=t2−t1≒(2Lv・cosθ)/c2 (5)
上記(5)式より、計測配管部1内の空洞部を流れる流体の流速vは、下記(6)式で与えられる。ただし、下記(6)式で算出される流速vは、第1及び第2の超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速である。
v=c2Δt/(2L・cosθ) (6)
ここで、角度θ及び長さLは、既知である。音速cは、上記(4)式より算出可能である。したがって、第1及び第2の超音波信号の伝播時間t1、t2の時間差Δtを計測することにより、計測配管部1内の空洞部を流れる流体の流速vを算出可能である。
Further, from the above equations (1) and (2), the difference Δt between the propagation time t 2 and the propagation time t 1 is given by the following equation (5).
Δt = t 2 −t 1 ≈ (2 Lv · cos θ) / c 2 (5)
From the above equation (5), the flow velocity v of the fluid flowing through the cavity in the measurement piping unit 1 is given by the following equation (6). However, the flow velocity v calculated by the following equation (6) is an average flow velocity of the fluid on the propagation paths of the first and second ultrasonic signals.
v = c 2 Δt / (2L · cos θ) (6)
Here, the angle θ and the length L are known. The sound speed c can be calculated from the above equation (4). Therefore, by measuring the time difference Δt between the propagation times t 1 and t 2 of the first and second ultrasonic signals, it is possible to calculate the flow velocity v of the fluid flowing through the cavity in the measurement pipe unit 1.

第1及び第2の超音波信号の伝播時間t1、t2の時間差Δtは、相関法により求めてもよい。この場合、第1の超音波信号の受信信号の波形全体と、第2の超音波信号の受信信号の波形全体と、の相互相関関数を求め、求められた相互相関関数のピークから、第1及び第2の超音波信号の伝播時間t1、t2の時間差Δtを求めることが可能である。 The time difference Δt between the propagation times t 1 and t 2 of the first and second ultrasonic signals may be obtained by a correlation method. In this case, a cross-correlation function between the entire waveform of the received signal of the first ultrasonic signal and the entire waveform of the received signal of the second ultrasonic signal is obtained. The time difference Δt between the propagation times t 1 and t 2 of the second ultrasonic signal can be obtained.

さらに、下記(7)式に示すように、流体の流速vに計測配管部1の断面積Sを乗じて、流体の流量Qを算出可能である。
Q=S・v (7)
Further, as shown in the following equation (7), the fluid flow rate Q can be calculated by multiplying the fluid flow velocity v by the cross-sectional area S of the measurement pipe section 1.
Q = S · v (7)

第1の超音波トランスデューサ101及び第2の超音波トランスデューサ102は、中央処理装置(CPU)300に電気的に接続されている。CPU300は、第1の超音波信号が第1の超音波トランスデューサ101から発せられてから計測配管部1内を経て第2の超音波トランスデューサ102に到達するまでの第1の時間、及び第2の超音波信号が第2の超音波トランスデューサ102から発せられてから配管内を経て第1の超音波トランスデューサ101に到達するまでの第2の時間を計測する時間差特定部301と、第1の時間と、第2の時間と、に基づき、計測配管部1内の流体の流速を算出する流速算出部302と、を含む。   The first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are electrically connected to a central processing unit (CPU) 300. The CPU 300 performs the first time from when the first ultrasonic signal is emitted from the first ultrasonic transducer 101 to the second ultrasonic transducer 102 through the measurement piping unit 1 and the second time. A time difference specifying unit 301 that measures a second time from when an ultrasonic signal is emitted from the second ultrasonic transducer 102 to when it reaches the first ultrasonic transducer 101 through the pipe; And a flow rate calculation unit 302 that calculates the flow rate of the fluid in the measurement pipe unit 1 based on the second time.

時間差特定部301は、第1の超音波トランスデューサ101が第1の超音波信号を発したタイミングと、第2の超音波トランスデューサ102が第1の超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第1の超音波信号が第1の超音波トランスデューサ101から発せられてから計測配管部1内を経て第2の超音波トランスデューサ102に到達するまでの第1の時間を計測する。   The time difference specifying unit 301 monitors the timing at which the first ultrasonic transducer 101 emits the first ultrasonic signal and the timing at which the second ultrasonic transducer 102 receives the first ultrasonic signal, A first time from when the first ultrasonic signal is emitted from the first ultrasonic transducer 101 to when the first ultrasonic signal reaches the second ultrasonic transducer 102 through the measurement piping unit 1 is measured.

ここで、第1の超音波トランスデューサ101が駆動されたタイミングを、第1の超音波信号が第1の超音波トランスデューサ101から発せられたタイミングとしてもよい。また、第1の超音波信号が第2の超音波トランスデューサ102に到達したタイミングにおける第2の超音波トランスデューサ102の受信信号の強度が小さい場合は、受信信号の波形における特徴点が得られたタイミングから、第1の超音波信号が第2の超音波トランスデューサ102に到達したタイミングを逆算してもよい。受信信号の特徴点とは、例えば、受信信号の振幅波形における所定の数の極大点の後の受信信号の強度がゼロとなる点(ゼロクロス点)である。   Here, the timing at which the first ultrasonic transducer 101 is driven may be the timing at which the first ultrasonic signal is emitted from the first ultrasonic transducer 101. Further, when the intensity of the received signal of the second ultrasonic transducer 102 is small at the timing when the first ultrasonic signal reaches the second ultrasonic transducer 102, the timing at which the characteristic point in the waveform of the received signal is obtained. Therefore, the timing at which the first ultrasonic signal reaches the second ultrasonic transducer 102 may be calculated backward. The feature point of the reception signal is, for example, a point (zero cross point) at which the intensity of the reception signal after a predetermined number of maximum points in the amplitude waveform of the reception signal becomes zero.

また、時間差特定部301は、第2の超音波トランスデューサ102が第2の超音波信号を発したタイミングと、第1の超音波トランスデューサ101が第2の超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第2の超音波信号が第2の超音波トランスデューサ102から発せられてから計測配管部1内を経て第1の超音波トランスデューサ101に到達するまでの第2の時間を計測する。   The time difference specifying unit 301 monitors the timing at which the second ultrasonic transducer 102 emits the second ultrasonic signal and the timing at which the first ultrasonic transducer 101 receives the second ultrasonic signal. Then, a second time from when the second ultrasonic signal is emitted from the second ultrasonic transducer 102 to when the second ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer 101 through the measurement piping unit 1 is measured.

ここで、第2の超音波トランスデューサ102が駆動されたタイミングを、第2の超音波信号が第2の超音波トランスデューサ102から発せられたタイミングとしてもよい。また、第2の超音波信号が第1の超音波トランスデューサ101に到達したタイミングにおける第1の超音波トランスデューサ101の受信信号の強度が小さい場合は、受信信号の波形における特徴点(例えば、ゼロクロス点)が得られたタイミングから、第2の超音波信号が第1の超音波トランスデューサ101に到達したタイミングを逆算してもよい。   Here, the timing at which the second ultrasonic transducer 102 is driven may be the timing at which the second ultrasonic signal is emitted from the second ultrasonic transducer 102. In addition, when the intensity of the reception signal of the first ultrasonic transducer 101 at the timing when the second ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer 101 is small, a feature point (for example, a zero cross point in the waveform of the reception signal) The timing at which the second ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer 101 may be calculated backward from the timing at which () is obtained.

時間差特定部301は、第2の時間と第1の時間の差の値を算出し、流速算出部302に伝送する。ただし、時間差特定部301は、第2の時間と第1の時間の差を、直接計測してもよいし、あるいは上述したように相関法により求めてもよい。   The time difference specifying unit 301 calculates a difference value between the second time and the first time, and transmits the calculated value to the flow velocity calculating unit 302. However, the time difference specifying unit 301 may directly measure the difference between the second time and the first time, or may obtain it by the correlation method as described above.

流速算出部302は、第1及び第2の伝播時間t1、t2に基づき、上記(4)式より、計測配管部1内の空洞部を流れる流体における音速cを算出する。また、流速算出部302は、第1及び第2の伝播時間t1、t2の差Δt、及び算出した音速cに基づき、上記(6)式より、計測配管部1内の空洞部を流れる流体の流速vを算出し、さらに上記(7)式により、流体の流量Qを算出する。 Based on the first and second propagation times t 1 and t 2 , the flow velocity calculation unit 302 calculates the sound velocity c in the fluid flowing through the cavity in the measurement pipe unit 1 from the above equation (4). Further, the flow velocity calculation unit 302 flows through the cavity in the measurement pipe unit 1 from the above equation (6) based on the difference Δt between the first and second propagation times t 1 and t 2 and the calculated sound velocity c. The flow velocity v of the fluid is calculated, and the flow rate Q of the fluid is calculated from the above equation (7).

CPU300には、測定値保存部352及び出力装置401が接続されている。流速算出部302は、算出した流体の流速v及び流量Qを、記憶装置である測定値保存部352に保存し、出力装置401に出力する。   A measured value storage unit 352 and an output device 401 are connected to the CPU 300. The flow velocity calculation unit 302 stores the calculated flow velocity v and flow rate Q of the fluid in the measurement value storage unit 352 that is a storage device, and outputs it to the output device 401.

ここで、計測配管部1に到達する流体の流速分布に偏りがない場合は、図8に示すように、仮に流速分布制御器が無くとも、図9に示すように、計測配管部1の中心軸で最も流速が速く、中心軸対称に計測配管部1の側壁に近づくにつれて流速が遅くなる。この場合、計測配管部1の中心軸に対して第1及び第2の超音波トランスデューサ101、102の組みがどこにあっても、中心軸を交差する第1及び第2の超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速は同じになる。   Here, when there is no bias in the flow velocity distribution of the fluid that reaches the measurement piping section 1, as shown in FIG. 8, even if there is no flow velocity distribution controller, as shown in FIG. The flow velocity is the fastest on the axis, and the flow velocity becomes slower as it approaches the side wall of the measurement pipe section 1 symmetrically about the central axis. In this case, the propagation path of the first and second ultrasonic signals intersecting the central axis wherever the set of the first and second ultrasonic transducers 101 and 102 is located with respect to the central axis of the measurement piping unit 1. The average fluid flow velocity above is the same.

これに対し、例えば図10、図11、及び図12に示すように、計測配管部1内を流れる流体の流速分布が中心軸対称ではなく、偏っている場合、仮に計測配管部1の断面における流体の平均流速が図10から図12において同じであったとしても、超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速は図10ないし図12において異なる。具体的には、流体の流速分布において、流速が速い部分を第1及び第2の超音波信号が多く伝播すれば、計測される平均流速は速くなり、流速が遅い部分を第1及び第2の超音波信号が多く伝播すれば、計測される平均流速は遅くなる。   On the other hand, for example, as shown in FIGS. 10, 11, and 12, when the flow velocity distribution of the fluid flowing in the measurement pipe unit 1 is not symmetric with respect to the central axis but is biased, Even if the average flow velocity of the fluid is the same in FIGS. 10 to 12, the average flow velocity of the fluid on the propagation path of the ultrasonic signal is different in FIGS. Specifically, in the flow velocity distribution of the fluid, if a large amount of the first and second ultrasonic signals propagate through the portion where the flow velocity is high, the measured average flow velocity becomes faster, and the portion where the flow velocity is slower becomes the first and second portions. If many ultrasonic signals of are propagated, the average flow velocity to be measured becomes slow.

しかし、計測配管部1の断面における流体の平均流速が同じであるにもかかわらず、第1及び第2の超音波トランスデューサ101、102の配置によって、計測される平均流速が異なってくるのは好ましくない。   However, although the average flow velocity of the fluid in the cross section of the measurement piping unit 1 is the same, it is preferable that the measured average flow velocity varies depending on the arrangement of the first and second ultrasonic transducers 101 and 102. Absent.

これに対し、上流配管2から流速分布制御器50に到達した流体の流速が、図13に示すように分布していた場合、図14に示すように、流速が速い部分に流速分布制御器50の強抵抗領域があたり、流速が遅い部分に流速分布制御器50の弱抵抗領域があたるよう、流速分布制御器50は回転される。これにより、偏流の影響を緩和できる。通常、配管の内部は観察できないが、計測される平均流速が最も速くなるときに、流速分布制御器50が最も効果的に配置され、流速分布の影響が最も抑制されている。したがって、計測される平均流速が最も速くなるよう、流速分布制御器50を回転させ、計測配管部1内における流速分布を制御すればよい。   On the other hand, when the flow velocity of the fluid reaching the flow velocity distribution controller 50 from the upstream pipe 2 is distributed as shown in FIG. 13, as shown in FIG. Thus, the flow velocity distribution controller 50 is rotated so that the weak resistance region of the flow velocity distribution controller 50 is in the portion where the flow velocity is slow. Thereby, the influence of drift can be relieved. Normally, the inside of the pipe cannot be observed, but when the measured average flow velocity is the fastest, the flow velocity distribution controller 50 is most effectively arranged, and the influence of the flow velocity distribution is most suppressed. Therefore, the flow velocity distribution controller 50 may be rotated to control the flow velocity distribution in the measurement piping unit 1 so that the average flow velocity to be measured is the fastest.

第1の実施の形態に係る超音波流量計で流体の流量を計測する際には、例えば、まず、調整用に、流量が一定の流体を計測配管部1に流し、流速分布制御器50を回転させながら、計測される流速又は流量が最大となる流速分布制御器50の回転角度を探す。計測される流速又は流量が最大となるところで、流速分布制御器50の回転を止め、調整用の流体を流すことを止める。その後、測定対象の流体を流速分布制御器50及び計測配管部1に流し、流速又は流量を計測する。   When measuring the flow rate of the fluid with the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, for example, first, a fluid with a constant flow rate is caused to flow through the measurement piping unit 1 for adjustment, and the flow velocity distribution controller 50 is set. While rotating, the rotation angle of the flow velocity distribution controller 50 that maximizes the measured flow velocity or flow rate is searched for. When the measured flow velocity or flow rate is maximized, the rotation of the flow velocity distribution controller 50 is stopped, and the flow of the adjustment fluid is stopped. Thereafter, the fluid to be measured is caused to flow through the flow velocity distribution controller 50 and the measurement piping unit 1 to measure the flow velocity or flow rate.

偏流は、超音波流量計の上流及び下流の配管の形状及び経路等に影響されるため、偏流の状態が変化しない場合がある。この場合、計測される流速又は流量が最大となる流速分布制御器50の回転角度を一度探しておけば、その後、同じ角度を保ったまま測定対象の流体の流速又は流量を計測すればよい。ただし、偏流の状態が変化する場合は、調整用に流量が一定の流体を計測配管部1に流して、計測される流速又は流量が最大となる流速分布制御器50の回転角度を探すことを、適宜行えばよい。   Since the drift is affected by the shapes and paths of the pipes upstream and downstream of the ultrasonic flowmeter, the state of the drift may not change. In this case, once the rotation angle of the flow velocity distribution controller 50 that maximizes the measured flow velocity or flow rate is found, then the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured may be measured while maintaining the same angle. However, when the state of drift changes, a fluid having a constant flow rate is flowed to the measurement piping unit 1 for adjustment, and the rotation speed of the flow velocity distribution controller 50 at which the measured flow velocity or flow rate becomes maximum is searched. , As appropriate.

従来、固定された管の周囲に多数の超音波トランスデューサの組み合わせを固定して、計測される流速又は流量が最大となる超音波トランスデューサの組み合わせを選択することが提案されている。しかし、偏流の状態が変化しない場合、選択されなかった超音波トランスデューサは使用されず無駄であり、製造コストに見合わない。   Conventionally, it has been proposed to fix a combination of a large number of ultrasonic transducers around a fixed tube and select a combination of ultrasonic transducers that maximizes the measured flow velocity or flow rate. However, if the state of drift does not change, the ultrasonic transducer that was not selected is not used and is wasted, and does not meet the manufacturing cost.

これに対し、第1の実施の形態に係る超音波流量計においては、流速分布制御器50が連続的に回転可能であるため、多数の超音波トランスデューサを要せず、対となる超音波トランスデューサを固定したまま、偏流の影響を緩和できる。   On the other hand, in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, since the flow velocity distribution controller 50 can be continuously rotated, a large number of ultrasonic transducers are not required and a pair of ultrasonic transducers is required. The effect of drift can be mitigated while the is fixed.

なお、筒状部材54は、円筒状に限られず、図15に示すように、六角筒状等の角筒状であってもよい。   The cylindrical member 54 is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular tube shape such as a hexagonal tube shape as shown in FIG.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る超音波流量計においては、図16及び図17に示すように、流速分布制御器50が、個々の孔の開口面積が小さい小メッシュ領域151と、個々の孔の開口面積が大きい大メッシュ領域152と、を備える。なお、小メッシュ領域151における小さい開口面積とは、大メッシュ領域152における開口面積に対して相対的に小さい開口面積であり、大メッシュ領域152における大きい開口面積とは、小メッシュ領域151における開口面積に対して相対的に大きい開口面積であることを意味する。
(Second Embodiment)
In the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment, as shown in FIGS. 16 and 17, the flow velocity distribution controller 50 includes a small mesh region 151 having a small opening area of each hole and each hole's opening area. A large mesh area 152 having a large opening area. The small opening area in the small mesh region 151 is a relatively small opening area with respect to the opening area in the large mesh region 152, and the large opening area in the large mesh region 152 is the opening area in the small mesh region 151. It means that the opening area is relatively large.

第2の実施の形態において、小メッシュ領域151が、流体の進行に対して強い抵抗を与える強抵抗領域であり、大メッシュ領域152が、流体の進行に対して弱い抵抗を与える弱抵抗領域である。   In the second embodiment, the small mesh area 151 is a strong resistance area that gives a strong resistance to the progress of fluid, and the large mesh area 152 is a weak resistance area that gives a weak resistance to the progress of fluid. is there.

例えば、小メッシュ領域151の中心が流速分布制御器50の回転軸である中心軸と異なっており、大メッシュ領域152が小メッシュ領域151を囲んでいてもよい。第2の実施の形態においても、上流配管2から流速分布制御器50に到達した流体の流速の分布が偏心している場合、流速が速い部分に流速分布制御器50の小メッシュ領域151があたり、流速が遅い部分に流速分布制御器50の大メッシュ領域152があたるよう、流速分布制御器50が回転される。これにより、偏流の影響を緩和できる。   For example, the center of the small mesh area 151 may be different from the central axis that is the rotation axis of the flow velocity distribution controller 50, and the large mesh area 152 may surround the small mesh area 151. Also in the second embodiment, when the flow velocity distribution of the fluid reaching the flow velocity distribution controller 50 from the upstream pipe 2 is decentered, the small mesh region 151 of the flow velocity distribution controller 50 hits the portion where the flow velocity is fast, The flow velocity distribution controller 50 is rotated so that the large mesh region 152 of the flow velocity distribution controller 50 hits the portion where the flow velocity is low. Thereby, the influence of drift can be relieved.

(その他の実施の形態)
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図2においては、第1及び第2の超音波トランスデューサ101、102が対向して配置されている例を示した。これに対し、第1及び第2の超音波トランスデューサ101、102を、計測配管部1の中心軸方向に平行に配置し、計測配管部1内で反射された超音波信号を、第1及び第2の超音波トランスデューサ101、102のそれぞれで受信してもよい。また、超音波信号は、計測配管部1内を複数回反射させてもよい。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described by the embodiments as described above, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques should be apparent to those skilled in the art. For example, FIG. 2 shows an example in which the first and second ultrasonic transducers 101 and 102 are arranged to face each other. On the other hand, the first and second ultrasonic transducers 101 and 102 are arranged in parallel to the central axis direction of the measurement pipe unit 1, and the ultrasonic signals reflected in the measurement pipe unit 1 are converted into the first and first ultrasonic transducers. Each of the two ultrasonic transducers 101 and 102 may receive the signal. Further, the ultrasonic signal may be reflected a plurality of times inside the measurement piping unit 1.

さらに、計測配管部1内の空洞部を流れる流体の流速vは、下記(8)式で与えられる伝播時間逆数差方式で求めてもよい。
v=(L/2cosθ){(1/t1)−(1/t2)} (8)
伝播時間逆数差方式によれば、音速cが未知であっても、流体の流速vを算出可能である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
Furthermore, the flow velocity v of the fluid flowing through the hollow portion in the measurement pipe unit 1 may be obtained by a reciprocal difference in propagation time given by the following equation (8).
v = (L / 2 cos θ) {(1 / t 1 ) − (1 / t 2 )} (8)
According to the inverse propagation time difference method, the flow velocity v of the fluid can be calculated even if the sound velocity c is unknown. Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein.

1 計測配管部
2 上流配管
4、5 ガスケット
6、7 環状部材
11、12 突起部
50 流速分布制御器
51a、51b、51c、51d、51e、51f、51g 開口
52A、52B 段部
53 側壁部
54 筒状部材
55a、55b、55c、55d、55e、55f 板状部材
101 第1の超音波トランスデューサ
102 第2の超音波トランスデューサ
151 小メッシュ領域
152 大メッシュ領域
300 中央演算処理装置
301 時間差特定部
302 流速算出部
352 測定値保存部
401 出力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement piping part 2 Upstream piping 4, 5 Gasket 6, 7 Annular member 11, 12 Protrusion part 50 Flow velocity distribution controller 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g Opening 52A, 52B Step part 53 Side wall part 54 Cylinder 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f Plate member 101 First ultrasonic transducer 102 Second ultrasonic transducer 151 Small mesh region 152 Large mesh region 300 Central processing unit 301 Time difference specifying unit 302 Flow velocity calculation Unit 352 measured value storage unit 401 output device

Claims (20)

流体が流れる断面形状が円の計測配管部に対して第1の超音波信号を入射する第1の超音波トランスデューサと、
前記第1の超音波信号を受信可能な位置に配置され、前記計測配管部に対して第2の超音波信号を入射する第2の超音波トランスデューサと、
前記第1の超音波信号が前記配管内を経て前記第2の超音波トランスデューサに到達するまでの第1の時間と、前記第2の超音波信号が前記配管内を経て前記第1の超音波トランスデューサに到達するまでの第2の時間と、に基づき、前記計測配管部内の流体の流速を算出する流速算出部と、
前記計測配管部に接続され、前記計測配管部の中心軸に対して回転可能であり、断面において、前記流体の進行に相対的に強い抵抗を与える強抵抗領域と、前記流体の進行に相対的に弱い抵抗を与える弱抵抗領域と、が設けられた流速分布制御器と、
を備える、超音波流量計。
A first ultrasonic transducer that inputs a first ultrasonic signal to a measurement pipe section having a circular cross-sectional shape through which the fluid flows;
A second ultrasonic transducer that is disposed at a position capable of receiving the first ultrasonic signal and that enters the second ultrasonic signal to the measurement piping unit;
A first time until the first ultrasonic signal reaches the second ultrasonic transducer through the pipe, and the first ultrasonic wave passes through the pipe and the first ultrasonic wave. A flow rate calculation unit that calculates a flow rate of the fluid in the measurement pipe unit based on a second time until reaching the transducer;
A strong resistance region connected to the measurement pipe section and rotatable with respect to a central axis of the measurement pipe section, and giving a relatively strong resistance to the progress of the fluid in a cross section, and relative to the progress of the fluid A flow resistance distribution controller provided with a weak resistance region that gives weak resistance to
An ultrasonic flow meter comprising:
前記流速分布制御器に到達した前記流体の流速分布において、流速が速い部分に前記強抵抗領域があたり、前記流速が遅い部分に前記弱抵抗領域があたるよう、前記流速分布制御器が回転される、請求項1に記載の超音波流量計。   In the flow velocity distribution of the fluid that has reached the flow velocity distribution controller, the flow velocity distribution controller is rotated so that the strong resistance region hits a portion where the flow velocity is fast and the weak resistance region hits a portion where the flow velocity is slow. The ultrasonic flowmeter according to claim 1. 前記流速分布制御器に、前記流体が通過する複数の開口が回転中心に対して非対称的に設けられている、請求項1又は2に記載の超音波流量計。   The ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2, wherein a plurality of openings through which the fluid passes are provided in the flow velocity distribution controller asymmetrically with respect to a rotation center. 前記流速分布制御器が、
円筒状の側壁部と、
前記計測配管部と異なる中心軸を備える筒状部材と、
前記筒状部材の外周から前記側壁部に放射状に配置された板状部材と、
を備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の超音波流量計。
The flow velocity distribution controller is
A cylindrical side wall,
A cylindrical member having a central axis different from that of the measurement pipe part;
A plate-like member arranged radially from the outer periphery of the tubular member to the side wall,
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, comprising:
前記筒状部材が円筒状である、請求項4に記載の超音波流量計。   The ultrasonic flowmeter according to claim 4, wherein the tubular member is cylindrical. 前記筒状部材が角筒状である、請求項4に記載の超音波流量計。   The ultrasonic flowmeter according to claim 4, wherein the cylindrical member has a rectangular tube shape. 前記流速分布制御器が、
個々の孔の開口面積が小さい小メッシュ領域と、
個々の孔の開口面積が大きい大メッシュ領域と、
を備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の超音波流量計。
The flow velocity distribution controller is
A small mesh area where the opening area of each hole is small;
A large mesh area with a large opening area of each hole;
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, comprising:
前記小メッシュ領域の中心が前記流速分布制御器の中心軸と異なっており、
前記大メッシュ領域が前記小メッシュ領域を囲んでいる、
請求項7に記載の超音波流量計。
The center of the small mesh region is different from the central axis of the flow velocity distribution controller;
The large mesh region surrounds the small mesh region;
The ultrasonic flowmeter according to claim 7.
前記計測配管部の外周に突起が設けられており、
前記流速分布制御器に、前記計測配管部の突起と接する段部が設けられている、請求項1から8のいずれか1項に記載の超音波流量計。
Protrusions are provided on the outer circumference of the measurement pipe part,
The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 8, wherein the flow velocity distribution controller is provided with a stepped portion in contact with a projection of the measurement pipe portion.
前記計測配管部の突起が、前記計測配管部の外周を一周しており、
前記流速分布制御器の段部が、前記流速分布制御器の外周を一周している、
請求項9に記載の超音波流量計。
The projection of the measurement pipe part makes a round around the outer periphery of the measurement pipe part,
The step portion of the flow velocity distribution controller makes a round around the outer periphery of the flow velocity distribution controller.
The ultrasonic flowmeter according to claim 9.
前記計測配管部の外周と、前記流速分布制御器の段部と、の間に配置されるガスケットを更に備える、請求項9又は10に記載の超音波流量計。   The ultrasonic flowmeter according to claim 9 or 10, further comprising a gasket disposed between an outer periphery of the measurement pipe section and a step section of the flow velocity distribution controller. 前記ガスケットがOリングである、請求項11記載の超音波流量計。   The ultrasonic flowmeter according to claim 11, wherein the gasket is an O-ring. 超音波流量計の計測配管部に接続される流速分布制御器であって、前記計測配管部の中心軸に対して回転可能であり、断面において、当該流速分布制御器を流れる流体の進行に相対的に強い抵抗を与える強抵抗領域と、前記流体の進行に相対的に弱い抵抗を与える弱抵抗領域と、が設けられた流速分布制御器。   A flow velocity distribution controller connected to the measurement piping section of the ultrasonic flowmeter, which is rotatable with respect to the central axis of the measurement piping section, and is relative to the progress of the fluid flowing through the flow velocity distribution controller in cross section. A flow velocity distribution controller provided with a strong resistance region that gives a strong resistance and a weak resistance region that gives a relatively weak resistance to the progress of the fluid. 当該流速分布制御器に到達した前記流体の流速分布において、流速が速い部分に前記強抵抗領域があたり、前記流速が遅い部分に前記弱抵抗領域があたるよう回転される、請求項13に記載の流速分布制御器。   The flow velocity distribution of the fluid reaching the flow velocity distribution controller is rotated so that the strong resistance region hits a portion where the flow velocity is fast and the weak resistance region hits a portion where the flow velocity is slow. Flow velocity distribution controller. 前記流体が通過する複数の開口が回転中心に対して非対称的に設けられている、請求項13又は14に記載の流速分布制御器。   The flow velocity distribution controller according to claim 13 or 14, wherein a plurality of openings through which the fluid passes are provided asymmetrically with respect to a rotation center. 円筒状の側壁部と、
前記計測配管部と異なる中心軸を備える筒状部材と、
前記筒状部材の外周から前記側壁部に放射状に配置された板状部材と、
を備える、請求項13から15のいずれか1項に記載の流速分布制御器。
A cylindrical side wall,
A cylindrical member having a central axis different from that of the measurement pipe part;
A plate-like member arranged radially from the outer periphery of the tubular member to the side wall,
The flow velocity distribution controller according to claim 13, comprising:
前記筒状部材が円筒状である、請求項16に記載の流速分布制御器。   The flow velocity distribution controller according to claim 16, wherein the cylindrical member is cylindrical. 前記筒状部材が角筒状である、請求項16に記載の流速分布制御器。   The flow velocity distribution controller according to claim 16, wherein the cylindrical member has a rectangular tube shape. 個々の孔の開口面積が小さい小メッシュ領域と、
個々の孔の開口面積が大きい大メッシュ領域と、
を備える、請求項13から15のいずれか1項に記載の流速分布制御器。
A small mesh area where the opening area of each hole is small;
A large mesh area with a large opening area of each hole;
The flow velocity distribution controller according to claim 13, comprising:
前記小メッシュ領域の中心が前記流速分布制御器の中心軸と異なっており、
前記大メッシュ領域が前記小メッシュ領域を囲んでいる、
請求項19に記載の流速分布制御器。
The center of the small mesh region is different from the central axis of the flow velocity distribution controller;
The large mesh region surrounds the small mesh region;
The flow velocity distribution controller according to claim 19.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110418969A (en) * 2017-03-10 2019-11-05 萨基姆通讯能源及电信联合股份公司 Method for measuring fluid velocity

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