JP2018066696A - Ultrasonic flowmeter and rotation angle detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波流量計及び回転角検出方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter and a rotation angle detection method.
従来、流体の流量を算出する超音波流量計が知られている。例えば、特許文献１には、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であって、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、に基づき、配管内を流れる流体の流量を算出する超音波流量計が開示されている。 Conventionally, an ultrasonic flowmeter that calculates the flow rate of a fluid is known. For example, Patent Document 1 discloses an ultrasonic flowmeter including ultrasonic transducers provided on the upstream side and the downstream side of a pipe, respectively, and sends ultrasonic waves toward the fluid flowing in the pipe, An ultrasonic flowmeter is disclosed that calculates the flow rate of fluid flowing in a pipe based on the propagation time of an ultrasonic wave that propagates in the downstream direction from the downstream and the propagation time of an ultrasonic wave that propagates in the reverse direction from the downstream side Yes.
ここで、配管内における超音波流量計の設置位置の周囲を流れる流体に偏流が生じている場合、流体の流量を正確に算出できない場合がある。これに対処するため、特許文献２には、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いて、流体の流量を算出する方法が提案されている。 Here, when there is a drift in the fluid flowing around the installation position of the ultrasonic flowmeter in the pipe, the flow rate of the fluid may not be accurately calculated. In order to cope with this, in Patent Document 2, a set of a plurality of ultrasonic transducers is arranged in a pipe, and the flow rate of the fluid is determined based on the average value of the flow velocity of the fluid obtained from each set of ultrasonic transducers. A calculation method has been proposed.
特許文献２記載の発明のように、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いて流体の流量を算出すれば、偏流の影響を一定程度排することができるが、偏流の影響を効果的に排することができない。よって、流体の流量を正確に算出することができないという問題があった。 If the fluid flow rate is calculated based on the average value of the fluid flow velocities obtained from each set of ultrasonic transducers as in the invention described in Patent Document 2, the influence of the drift can be eliminated to a certain extent. The effect of drift cannot be effectively eliminated. Therefore, there is a problem that the flow rate of the fluid cannot be accurately calculated.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の超音波トランスデューサを用いて流体の流量を算出する際に、流体の流量をより正確に算出する超音波流量計及び回転角検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an ultrasonic flowmeter and a rotation angle detection that calculate the flow rate of the fluid more accurately when calculating the flow rate of the fluid using a plurality of ultrasonic transducers. It aims to provide a method.
一実施形態に係る超音波流量計は、円筒状の計測配管部の中心軸周りに回転可能に設けられた第１超音波トランスデューサと、前記第１超音波トランスデューサから射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサと、前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、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、前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出する回転角検出部と、を備える。 An ultrasonic flowmeter according to an embodiment includes a first ultrasonic transducer rotatably provided around a central axis of a cylindrical measurement pipe section, and a first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer. And a second ultrasonic transducer disposed so as to be rotatable around the central axis of the measurement pipe unit together with the first ultrasonic transducer at a position where the first ultrasonic transducer can be received, and the first ultrasonic signal passes through the measurement pipe unit A first time until the second ultrasonic transducer reaches the second ultrasonic transducer, and a second time until the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer reaches the first ultrasonic transducer through the measurement piping section. A flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the fluid in the measurement pipe unit based on the time, and before the flow rate calculated by the flow rate calculation unit becomes maximum Comprising a rotation angle detector for detecting the rotation angle around the central axis of the measuring pipe portion of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer, a.
上記超音波流量計において、前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角と、前記流速算出部により算出された最大流速と、を関連付けて記録する記録部を更に備えてもよい。 In the ultrasonic flowmeter, the rotation angle of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer around the central axis of the measurement pipe section and the maximum flow velocity calculated by the flow velocity calculation section are recorded in association with each other. A recording unit may be further provided.
一実施形態に係る回転角検出方法は、円筒状の計測配管部の中心軸周りに回転可能に設けられた第１超音波トランスデューサを前記計測配管部の前記中心軸に対して回転させるステップと、前記第１超音波トランスデューサから射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサを前記計測配管部の前記中心軸に対して回転させるステップと、前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、前記計測配管部内の流体の流速を算出するステップと、前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出するステップと、を含む。 A rotation angle detection method according to an embodiment includes a step of rotating a first ultrasonic transducer provided rotatably around a central axis of a cylindrical measurement pipe section with respect to the central axis of the measurement pipe section; A second ultrasonic transducer disposed so as to be rotatable around the central axis of the measurement piping unit together with the first ultrasonic transducer at a position where the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer can be received. A first time for the first ultrasonic signal to reach the second ultrasonic transducer through the measurement pipe, and the second super Based on a second time until the second ultrasonic signal emitted from the ultrasonic transducer reaches the first ultrasonic transducer through the measurement pipe section. Calculating the flow velocity of the fluid in the measurement piping section, and the center of the measurement piping section of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer when the flow velocity calculated by the flow velocity calculation section is maximized Detecting a rotation angle about an axis.
本発明によれば、複数の超音波トランスデューサを用いて流体の流量を算出する際に、流体の流量をより正確に算出することができる。 According to the present invention, when the flow rate of fluid is calculated using a plurality of ultrasonic transducers, the flow rate of fluid can be calculated more accurately.
以下に、一実施形態を説明する。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。 Hereinafter, an embodiment will be described. 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.
図１は、一実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。図１に示すように、超音波流量計５００は、例示的に、固定され回転できない上流配管２及び下流配管３に対し、中心軸に対して回転可能に構成されている円筒状の計測配管部１と、計測配管部１の中心軸周りに回転可能に設けられた第１超音波トランスデューサ１０１と、第１超音波トランスデューサ１０１から射出された第１超音波信号を受信可能な位置で第１超音波トランスデューサ１０１とともに計測配管部１の中心軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサ１０２と、を備える。 FIG. 1 is a schematic side cross-sectional view of an ultrasonic flowmeter according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the ultrasonic flowmeter 500 is illustratively a cylindrical measurement pipe section configured to be rotatable with respect to the central axis with respect to the upstream pipe 2 and the downstream pipe 3 that are fixed and cannot rotate. 1, a first ultrasonic transducer 101 provided to be rotatable around the central axis of the measurement piping unit 1, and a first ultrasonic transducer at a position where the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer 101 can be received. And a second ultrasonic transducer 102 disposed so as to be rotatable around the central axis of the measurement piping unit 1 together with the ultrasonic transducer 101.
第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２は、例えば、計測配管部１に固定されており、計測配管部１と共に、計測配管部１の中心軸に対して連続的に回転可能である。本実施形態においては、計測配管部１は、例えば、不図示の回転機構により回転させられてもよいし、手動で回転させられてもよい。 For example, the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are fixed to the measurement piping unit 1 and can be continuously rotated with the measurement piping unit 1 with respect to the central axis of the measurement piping unit 1. . In the present embodiment, the measurement piping unit 1 may be rotated by, for example, a rotation mechanism (not shown) or manually rotated.
計測配管部１の上流側は、円筒状の上流配管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の外周面に周設されている。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。 The upstream side of the measurement pipe unit 1 is connected to a cylindrical upstream pipe 2. A flange-shaped protrusion 12 is provided at the end of the upstream pipe 2. The protrusion 12 is provided around the outer peripheral surface 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.
計測配管部１の上流側端部には、上流配管２の突起部１２と接する、断面鉤状の段部１１Ａが周設されている。 At the upstream end of the measurement pipe section 1, a step part 11 </ b> A having a bowl-shaped cross section that is in contact with the protrusion 12 of the upstream pipe 2 is provided.
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た場合の模式的断面図である。図２に示すように、段部１１Ａは、計測配管部１の外周面に周設されている。段部１１Ａの内周及び外周形状は円である。例えば、計測配管部１の段部１１Ａの内周の径は、上流配管２の突起部１２の外周の径とあそびを除いてほぼ等しく、上流配管２端部の突起部１２は、計測配管部１の段部１１Ａに挿入される。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when viewed from the II-II direction of FIG. As shown in FIG. 2, the step portion 11 </ b> A is provided around the outer peripheral surface of the measurement pipe portion 1. The inner periphery and outer periphery shape of the step portion 11A is a circle. For example, the diameter of the inner circumference of the step portion 11A of the measurement pipe section 1 is substantially equal to the diameter of the outer circumference of the projection section 12 of the upstream pipe 2 except for play, and the projection section 12 at the end of the upstream pipe 2 is the measurement pipe section. The first step portion 11A is inserted.
図１に戻り、計測配管部１の段部１１Ａの内周の中心軸方向の幅は、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、計測配管部１の段部１１Ａ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に当接するように、上流配管２の外周面に沿って固定されている。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、計測配管部１の段部１１Ａの端面と接する。 Returning to FIG. 1, the width in the central axis direction of the inner periphery of the stepped portion 11 </ b> A of the measurement piping portion 1 is longer than the width of the outer periphery of the protruding portion 12 of the upstream piping 2. A gasket 4 such as an O-ring is disposed between the outer circumference of the upstream pipe 2, the inner circumference of the stepped portion 11 </ b> A of the measurement pipe section 1, 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 along the outer peripheral surface of the upstream pipe 2 so as to come into contact with 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 projecting portion 12, and the side wall of the annular member 6 is in contact with the end surface of the step portion 11 </ b> A of the measurement pipe portion 1.
計測配管部１の下流側は、断面形状が円の下流配管３に接続される。下流配管３の端部には、フランジ状の突起部１３が設けられている。突起部１３は、下流配管３の外周面に周設されている。計測配管部１の中心軸方向から見て、突起部１３の外周形状は円である。 The downstream side of the measurement pipe unit 1 is connected to a downstream pipe 3 having a circular cross section. A flange-shaped protrusion 13 is provided at the end of the downstream pipe 3. The protrusion 13 is provided around the outer peripheral surface of the downstream pipe 3. When viewed from the central axis direction of the measurement pipe unit 1, the outer peripheral shape of the protrusion 13 is a circle.
計測配管部１の下流側端部には、下流配管３の突起部１３と接する、断面鉤状の段部１１Ｂが周設されている。 At the downstream end of the measurement pipe section 1, a step part 11 </ b> B having a bowl-shaped cross section that is in contact with the protrusion 13 of the downstream pipe 3 is provided.
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た場合の模式的断面図である。図３に示すように、段部１１Ｂは、計測配管部１の外周面に周設されている。段部１１Ｂの内周及び外周形状は円である。例えば、計測配管部１の段部１１Ｂの内周の径は、下流配管３の突起部１３の外周の径とあそびを除いてほぼ等しく、下流配管３端部の突起部１３は、計測配管部１の段部１１Ｂに挿入される。 3 is a schematic cross-sectional view when viewed from the III-III direction of FIG. As shown in FIG. 3, the stepped portion 11 </ b> B is provided around the outer peripheral surface of the measurement pipe portion 1. The inner periphery and outer periphery shape of the step part 11B is a circle. For example, the diameter of the inner circumference of the stepped portion 11B of the measurement pipe section 1 is substantially equal to the diameter of the outer circumference of the projection section 13 of the downstream pipe 3 except for play, and the projection section 13 at the end of the downstream pipe 3 is the measurement pipe section. 1 is inserted into the step 11B.
図１に戻り、計測配管部１の段部１１Ｂの内周の中心軸方向の幅は、下流配管３の突起部１３の外周の幅よりも長い。下流配管３の外周と、計測配管部１の段部１１Ｂの内周と、下流配管３の突起部１３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、下流配管３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１３に当接するように、下流配管３の外周面に沿って固定されている。環状部材７の内周の径は、下流配管３の外周の径と等しく、環状部材７の内周は、下流配管３の外周と密に接している。環状部材７の高さは、突起部１３の高さよりも高く、環状部材７の側壁は、計測配管部１の段部１１Ｂの端面と接する。 Returning to FIG. 1, the width in the central axis direction of the inner periphery of the stepped portion 11 </ b> B of the measurement pipe portion 1 is longer than the width of the outer periphery of the protruding portion 13 of the downstream pipe 3. A gasket 5 such as an O-ring is disposed between the outer periphery of the downstream pipe 3, the inner periphery of the stepped part 11 </ b> B of the measurement pipe part 1, and the side wall of the protruding part 13 of the downstream pipe 3. Further, an annular member 7 is fixed to the outer periphery of the downstream pipe 3. The annular member 7 is fixed along the outer peripheral surface of the downstream pipe 3 so as to come into contact with the protruding portion 13. The diameter of the inner periphery of the annular member 7 is equal to the diameter of the outer periphery of the downstream pipe 3, and the inner periphery of the annular member 7 is in close contact with the outer periphery of the downstream pipe 3. The height of the annular member 7 is higher than the height of the protruding portion 13, and the side wall of the annular member 7 is in contact with the end surface of the stepped portion 11 </ b> B of the measurement pipe portion 1.
第１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超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２は、計測配管部１内を流れる流体に接触する。 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. The first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are in contact with the fluid flowing in the measurement piping unit 1.
図４は、実施形態に係る第１超音波トランスデューサから発せられた第１超音波信号の流体中の伝播状況を示す図である。図４に示すように、第１超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１超音波信号は、計測配管部１内の流体中を進み、計測配管部１の中心軸を横切り、第２超音波トランスデューサ１０２で受信される。 FIG. 4 is a diagram illustrating a propagation state of the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer according to the embodiment in the fluid. As shown in FIG. 4, the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer 101 travels through the fluid in the measurement pipe unit 1, crosses the central axis of the measurement pipe unit 1, and the second ultrasonic transducer. 102.
図５は、実施形態に係る第２超音波トランスデューサから発せられた第２超音波信号の流体中の伝播状況を示す図である。図５に示すように、第２超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２超音波信号は、計測配管部１内の流体中を進み、計測配管部１の中心軸を横切り、第１超音波トランスデューサ１０１で受信される。 FIG. 5 is a diagram illustrating a propagation state of the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer according to the embodiment in the fluid. As shown in FIG. 5, the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer 102 travels through the fluid in the measurement piping unit 1, crosses the central axis of the measurement piping unit 1, and the first ultrasonic transducer 101.
なお、第１超音波トランスデューサ１０１と第２超音波トランスデューサ１０２とは、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 and the second ultrasonic transducer 102 are alternately applied with drive signals and alternately generate ultrasonic signals.
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４に示すように、第１超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１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５に示すように、第２超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２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超音波信号の伝播時間と、第２超音波信号の伝播時間と、の間には流体の流速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, as shown in FIG. 4, the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer 101 propagates through the cavity in the measurement piping unit 1 according to the flow of the fluid. On the other hand, as shown in FIG. 5, the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer 102 propagates through the cavity in the measurement piping unit 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４に示す計測配管部１内の流体に出射する第１超音波信号の出射角をθｏ１、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。
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θｏ１）） （１）
また、図５に示す計測配管部１内の流体に出射する第２超音波信号の出射角をθｏ２として、第２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。
ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θｏ２）） （２）
First the outgoing angle of the ultrasonic signal theta o1 emitted to the fluid in the measuring pipe portion 1 shown in FIG. 4, when the ultrasonic speed of sound in the fluid in the measurement pipe section 1 which is c, the first ultrasonic signal is measured The propagation time t 1 required for crossing the cavity in the pipe part 1 is given by the following equation (1).
t 1 = L / (c + v · cos ((π / 2) −θ o1 )) (1)
Further, assuming that the emission angle of the second ultrasonic signal emitted to the fluid in the measurement piping unit 1 shown in FIG. 5 is θ o2 , the propagation necessary for the second ultrasonic signal to cross the hollow portion in the measurement piping unit 1. time t 2 is given by the following equation (2).
t 2 = L / (c−v · cos ((π / 2) −θ o2 )) (2)
図６は、実施形態に係る第２超音波トランスデューサから発せられた第２超音波信号が第１超音波トランスデューサに入射する際の入射角度を示す図である。図７は、実施形態に係る第１超音波トランスデューサから発せられた第１超音波信号が第２超音波トランスデューサに入射する際の入射角度を示す図である。図６及び図７に示すように、Ｌは第１超音波信号及び第２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。また、θｏ２はθｏ１と等しいため、上記（２）式から、下記（３）式が得られる。
ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θｏ１）） （３）
FIG. 6 is a diagram illustrating an incident angle when the second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer according to the embodiment is incident on the first ultrasonic transducer. FIG. 7 is a diagram illustrating an incident angle when the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer according to the embodiment is incident on the second ultrasonic transducer. As shown in FIGS. 6 and 7, L represents the length of each of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal that crosses the cavity in the measurement piping unit 1. Since θ o2 is equal to θ o1 , the following equation (3) is obtained from the above equation (2).
t 2 = L / (cv · cos ((π / 2) −θ o1 )) (3)
上記（１）及び（３）式より、伝播時間ｔ１と伝播時間ｔ２との平均は、下記（４）式で与えられる。
（ｔ１＋ｔ２）／２＝Ｌ・ｃ／（ｃ２−ｖ２・ｃｏｓ２（（π／２）−θｏ１）） （４）
音速ｃは、流速ｖと比較して非常に速いため、上記（４）式は下記（５）式に近似される。
（ｔ１＋ｔ２）／２＝Ｌ・ｃ／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における音速ｃは、下記（６）式で与えられる。
ｃ＝２・Ｌ／（ｔ１＋ｔ２） （６）
From the above equations (1) and (3), the average of the propagation time t 1 and the propagation time t 2 is given by the following equation (4).
(T 1 + t 2 ) / 2 = L · c / (c 2 −v 2 · cos 2 ((π / 2) −θ o1 )) (4)
Since the speed of sound c is much faster than the flow velocity v, the above equation (4) is approximated by the following equation (5).
(T 1 + t 2 ) / 2 = L · c / c 2 (5)
From the above equation (5), the speed of sound c in the fluid flowing through the cavity in the measurement pipe unit 1 is given by the following equation (6).
c = 2 · L / (t 1 + t 2 ) (6)
また、上記（１）及び（３）式より、伝播時間ｔ２と伝播時間ｔ１との差Δｔは、下記（７）式で与えられる。
Δｔ＝ｔ２−ｔ１≒（２Ｌｖ・ｓｉｎθｏ１）／ｃ２ （７）
上記（７）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（８）式で与えられる。
ｖ＝ｃ２Δｔ／（２Ｌ・ｓｉｎθｏ１） （８）
ここで、音速ｃは、上記（６）式より算出可能である。出射角θｏ１及び長さＬは、既知である。したがって、第１超音波信号の伝播時間ｔ１及び第２超音波信号の伝播時間ｔ２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。ただし、上記（８）式で算出される流速ｖは、第１超音波信号及び第２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。
Further, from the above equations (1) and (3), the difference Δt between the propagation time t 2 and the propagation time t 1 is given by the following equation (7).
Δt = t 2 −t 1 ≈ (2 Lv · sin θ o1 ) / c 2 (7)
From the above equation (7), the flow velocity v of the fluid flowing through the cavity in the measurement piping unit 1 is given by the following equation (8).
v = c 2 Δt / (2L · sin θ o1 ) (8)
Here, the sound velocity c can be calculated from the above equation (6). The emission angle θ o1 and the length L are known. Therefore, by measuring the propagation time t 1 of the first ultrasonic signal and the propagation time t 2 of the second ultrasonic signal, it is possible to calculate the flow velocity v of the fluid flowing through the cavity in the measurement piping unit 1. However, the flow velocity v calculated by the above equation (8) is the average flow velocity of the fluid on the propagation path of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal.
さらに、下記（９）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 （９）
Furthermore, as shown in the following equation (9), 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 (9)
図１及び図４〜図７に示す超音波流量計５００は、流体の流速又は流量を算出する中央処理装置を更に含み、中央処理装置は、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２と電気的に接続されている。 The ultrasonic flowmeter 500 shown in FIGS. 1 and 4 to 7 further includes a central processing unit that calculates the flow velocity or flow rate of the fluid, and the central processing unit includes the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102. And are electrically connected.
図８は、実施形態に係る超音波流量計に含まれる中央処理装置の概略構成を示す図である。図８に示すように、中央処理装置２００は、例示的に、制御部３００と、記録部３５１と、出力装置４０１と、を備える。 FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of a central processing unit included in the ultrasonic flowmeter according to the embodiment. As illustrated in FIG. 8, the central processing unit 200 includes, for example, a control unit 300, a recording unit 351, and an output device 401.
制御部３００は、機能的に、第１超音波信号が計測配管部１内を経て第２超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１時間と、第２超音波トランスデューサ１０２から射出された第２超音波信号が計測配管部１内を経て第１超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２時間と、を計測する時間計測部３０１と、第１時間と第２時間とに基づいて、計測配管部１内の流体の流速を算出する流速算出部３０３と、流速算出部３０３により算出された流速が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する回転角検出部３０５と、を備える。 The control unit 300 functionally includes a first time until the first ultrasonic signal reaches the second ultrasonic transducer 102 through the measurement piping unit 1, and a second time emitted from the second ultrasonic transducer 102. Based on the time measurement unit 301 that measures the second time until the ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer 101 through the measurement pipe unit 1 and the first time and the second time, the measurement pipe The flow rate calculation unit 303 that calculates the flow rate of the fluid in the unit 1, and the measurement piping unit 1 of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 when the flow rate calculated by the flow rate calculation unit 303 is maximum. A rotation angle detection unit 305 that detects a rotation angle around the central axis.
時間計測部３０１は、第１超音波トランスデューサ１０１が第１超音波信号を発したタイミングと、第２超音波トランスデューサ１０２が第１超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第１超音波信号が第１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超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの伝播時間ｔ１（第１時間）を計測する。 The time measuring 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, and the first ultrasonic wave A propagation time t 1 (first time) from when a signal is emitted from the first ultrasonic transducer 101 to when it reaches the second ultrasonic transducer 102 through the measurement piping unit 1 is measured.
ここで、第１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超音波信号が第１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超音波信号が第２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超音波信号が第２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. In addition, 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 first point from the timing when the feature point in the waveform of the received signal is obtained. The timing at which one 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、時間計測部３０１は、第２超音波トランスデューサ１０２が第２超音波信号を発したタイミングと、第１超音波トランスデューサ１０１が第２超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第２超音波信号が第２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超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの伝播時間ｔ２（第２時間）を計測する。 The time measuring 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, A propagation time t 2 (second time) from when the ultrasonic signal is emitted from the second ultrasonic transducer 102 to when it reaches the first ultrasonic transducer 101 through the measurement piping unit 1 is measured.
ここで、第２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超音波信号が第２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超音波信号が第１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超音波信号が第１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. Further, when the intensity of the received signal of the first ultrasonic transducer 101 is small at the timing when the second ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer 101, a characteristic point (for example, zero cross point) in the waveform of the received signal is obtained. The timing at which the second ultrasonic signal reaches the first ultrasonic transducer 101 may be calculated backward from the determined timing.
流速算出部３０３は、第１伝播時間ｔ１及び第２伝播時間ｔ２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における音速ｃを算出する。また、流速算出部３０３は、第１伝播時間ｔ１及び第２伝播時間ｔ２の差Δｔ、及び算出した音速ｃに基づき、上記（８）式より、計測配管部１内の空洞部を流れる流体の流速ｖを算出する。また、流速算出部３０３は、上記（９）式により、流体の流量Ｑを算出する。 Based on the first propagation time t 1 and the second propagation time t 2 , the flow velocity calculation unit 303 calculates the sound velocity c in the fluid flowing through the cavity in the measurement pipe unit 1 from the above equation (6). Further, the flow velocity calculation unit 303 flows through the cavity in the measurement pipe unit 1 from the above equation (8) based on the difference Δt between the first propagation time t 1 and the second propagation time t 2 and the calculated sound velocity c. The fluid flow velocity v is calculated. Moreover, the flow velocity calculation unit 303 calculates the fluid flow rate Q by the above equation (9).
回転角検出部３０５は、流速算出部３０３により算出された流速が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する。なお、回転角は、所定の角度を基準として、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が回転したときの角度を含む。 The rotation angle detection unit 305 detects the rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1 of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 when the flow velocity calculated by the flow velocity calculation unit 303 is maximized. . Note that the rotation angle includes an angle when the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 rotate with reference to a predetermined angle.
記録部３５１は、例えば、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角と、流速算出部３０３により算出された最大流速と、を関連付けて記録する。 The recording unit 351 records, for example, the rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1 of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 and the maximum flow velocity calculated by the flow velocity calculation unit 303 in association with each other. To do.
出力装置４０１は、例えば、記録部３５１に記録されている、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角と、流速算出部３０３により算出された最大流速と、を関連付けて出力するように構成される。 The output device 401 is calculated by, for example, the rotation angle of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 around the central axis of the measurement piping unit 1 recorded in the recording unit 351 and the flow velocity calculation unit 303. The maximum flow velocity is related to the output.
図９から図１５を用いて、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する方法について、説明する。 A method for detecting the rotation angle of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 around the central axis of the measurement piping unit 1 will be described with reference to FIGS. 9 to 15.
前提として、本実施形態に係る超音波流量計においては、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出するモード、例えば調整モードの際は、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２を連続的に回転させて用いる。 As a premise, in the ultrasonic flowmeter according to the present embodiment, the mode of detecting the rotation angle of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 around the central axis of the measurement piping unit 1, for example, in the adjustment mode. Is used by continuously rotating the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102.
図９は、計測配管部内を流れる流体の流速分布に偏りがない場合の超音波流量計の模式的側面断面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ方向から見た場合の模式的断面図である。なお、図１０においては、図９に示す段部１１Ｂは省略した。同様に、後述する図１１から図１５においても、段部１１Ｂは省略した。 FIG. 9 is a schematic side cross-sectional view of an ultrasonic flow meter when there is no bias in the flow velocity distribution of the fluid flowing in the measurement pipe section. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view when viewed from the XX direction in FIG. 9. In FIG. 10, the step portion 11B shown in FIG. 9 is omitted. Similarly, in FIG. 11 to FIG. 15 described later, the stepped portion 11B is omitted.
図９及び図１０に示すように、計測配管部１内を流れる流体の流速分布に偏りがない場合、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超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ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。 As shown in FIGS. 9 and 10, when there is no bias in the flow velocity distribution of the fluid flowing in the measurement pipe portion 1, the flow velocity is the fastest at the central axis of the measurement pipe portion 1, and the side wall of the measurement pipe portion 1 is symmetrical to the central axis. As it approaches, the flow rate becomes slower. In this case, the propagation path of the first and second ultrasonic signals intersecting the central axis wherever the set of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 is located with respect to the central axis of the measurement piping unit 1. The average fluid flow velocity above is the same.
図１１から図１３は、計測配管部内を流れる流体の流速分布に偏りがある場合の超音波流量計の模式的断面図（図１０と同様な方向から見た場合の模式的断面図）である。図１１から図１３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１１から図１３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１１から図１３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超音波信号及び第２超音波信号が多く伝播すれば、算出される平均流速は速くなり、流速が遅い部分を第１超音波信号及び第２超音波信号が多く伝播すれば、算出される平均流速は遅くなる。 11 to 13 are schematic cross-sectional views (schematic cross-sectional views when viewed from the same direction as FIG. 10) of the ultrasonic flowmeter in the case where the flow velocity distribution of the fluid flowing in the measurement pipe portion is uneven. . As shown in FIGS. 11 to 13, when the flow velocity distribution of the fluid flowing in the measurement piping unit 1 is not symmetrical with respect to the central axis but is deviated, the average flow velocity of the fluid in the cross section of the measurement piping unit 1 is shown in FIGS. 13, the average flow velocity of the fluid on the propagation path of the ultrasonic signal is different in FIGS. 11 to 13. Specifically, in the fluid flow velocity distribution, if a large amount of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal propagate through a portion where the flow velocity is high, the calculated average flow velocity is high, and a portion where the flow velocity is low exceeds the first portion. If many sound wave signals and second ultrasonic signals propagate, the calculated average flow velocity becomes slow.
しかしながら、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超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の配置によって、算出される平均流速が異なってくるのは好ましくない。また、通常、算出される平均流速が最も速くなるときに、流速分布の影響が最も抑制されている。そのため、算出される平均流速が最も速くなるように、第１超音波信号及び第２超音波信号の伝播経路を設定することが好ましい。 However, although the average flow velocity of the fluid in the cross section of the measurement piping unit 1 is the same, the calculated average flow velocity differs depending on the arrangement of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102. It is not preferable. Further, usually, when the calculated average flow velocity becomes the fastest, the influence of the flow velocity distribution is suppressed most. Therefore, it is preferable to set the propagation paths of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal so that the calculated average flow velocity is the fastest.
図１４は、図１２に示す計測配管部１を回転させた場合の超音波流量計の模式的断面図を示している。図１５は、図１３に示す計測配管部１を回転させた場合の超音波流量計の模式的断面図を示している。本実施形態に係る超音波流量計によれば、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が固定された計測配管部１が中心軸に対して回転可能であるため、例えば図１２に示すように流速分布が偏っている場合は、図１４に示すように計測配管部１を回転させ、図１３に示すように流速分布が偏っている場合は、図１５に示すように計測配管部１を回転させることによって、流体の流速の平均値が最も速くなる、第１超音波信号及び第２超音波信号の伝播経路を設定することが可能である。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter when the measurement piping unit 1 shown in FIG. 12 is rotated. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the ultrasonic flowmeter when the measurement piping unit 1 shown in FIG. 13 is rotated. According to the ultrasonic flowmeter according to the present embodiment, the measurement piping unit 1 to which the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are fixed can rotate with respect to the central axis. As shown in FIG. 14, when the flow velocity distribution is biased, the measurement piping unit 1 is rotated as shown in FIG. 14, and when the flow velocity distribution is biased as shown in FIG. By rotating 1, it is possible to set a propagation path of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal that makes the average value of the flow velocity of the fluid the fastest.
本実施形態に係る超音波流量計で流体の流量を算出する際には、まず、上記した調整モード用に、流量が一定の流体を計測配管部１に流し、計測配管部１を回転させながら、算出される流速又は流量が最大となる第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の位置（計測配管部１の中心軸周りの回転角）を検出する。 When calculating the flow rate of the fluid with the ultrasonic flowmeter according to this embodiment, first, for the adjustment mode described above, a fluid having a constant flow rate is caused to flow through the measurement piping unit 1 and the measurement piping unit 1 is rotated. The position of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 (the rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1) at which the calculated flow velocity or flow rate becomes maximum is detected.
例えば、計測配管部１の回転中において、記録部３５１は、流速算出部３０３により算出された流速又は流量と、当該算出された流速又は流量の少なくとも一方と対応する、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角と、関連付けて記録していく。そして、回転角検出部３０５は、記録部３５１に記録された情報から、流速算出部３０３により算出される流速又は流量が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を抽出（検出）する。なお、回転角は、様々な間隔で記録され得る。例えば、回転角は、１０度刻み、１度刻み、０．１度刻み等で記録されてもよい。 For example, during rotation of the measurement piping unit 1, the recording unit 351 includes the first ultrasonic transducer 101 and the flow rate or flow rate calculated by the flow rate calculation unit 303 and corresponding to at least one of the calculated flow rate or flow rate. The rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1 of the second ultrasonic transducer 102 is recorded in association with the rotation angle. Then, the rotation angle detection unit 305 determines whether the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 have the maximum flow velocity or flow rate calculated by the flow velocity calculation unit 303 from the information recorded in the recording unit 351. The rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1 is extracted (detected). The rotation angle can be recorded at various intervals. For example, the rotation angle may be recorded in increments of 10 degrees, increments of 1 degree, increments of 0.1 degrees, and the like.
流速算出部３０３により算出される流速又は流量が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角において、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２を固定し、調整用の流体を流すことを止める。その後、測定対象の流体を計測配管部１に流し、流速又は流量を計測する。 At the rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1 of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 when the flow velocity or flow rate calculated by the flow velocity calculation unit 303 becomes maximum, the first ultrasonic transducer 101 And the second ultrasonic transducer 102 is fixed, and the flow of the adjustment fluid is stopped. Thereafter, the fluid to be measured is caused to flow through the measurement piping unit 1 and the flow velocity or flow rate is measured.
なお、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、流速算出部３０３により算出される流速又は流量が最大となる第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を一度探しておけば、その後、同じ回転角を保ったまま測定対象の流体の流速又は流量を算出すればよい。 In addition, since the drift is affected by the shapes and paths of the upstream and downstream pipes of the ultrasonic flowmeter, the drift state may not change. In this case, once the rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1 of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 that maximizes the flow velocity or flow rate calculated by the flow velocity calculation unit 303 is found, Thereafter, the flow velocity or flow rate of the fluid to be measured may be calculated while maintaining the same rotation angle.
ただし、偏流の状態が変化する場合は、調整モード用に流量が一定の流体を計測配管部１に流して、算出される流速又は流量が最大となる第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の位置を検出することを、適宜行えばよい。 However, when the state of drift changes, a fluid having a constant flow rate for the adjustment mode is caused to flow through the measurement piping unit 1, and the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic wave that maximize the calculated flow velocity or flow rate. The position of the transducer 102 may be detected as appropriate.
ここで、従来例として、特許文献２には、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、算出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、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も、超音波トランスデューサは間隔をおいて配置されるので、選択可能な超音波信号の伝播経路は離散的に存在する。そのため、選択可能な超音波信号の伝播経路以外に、流速又は流量が最大となる超音波信号の伝播経路が存在する可能性がある。 Here, as a conventional example, in Patent Document 2, a combination of a large number of ultrasonic transducers is fixed around a fixed tube, and a combination of ultrasonic transducers that maximizes the calculated flow velocity or flow rate is selected. It has been proposed. However, even if a combination of a large number of ultrasonic transducers is fixed around the tube, the ultrasonic transducers are arranged at intervals, so that there are discrete propagation paths of ultrasonic signals that can be selected. For this reason, there is a possibility that there is an ultrasonic signal propagation path that maximizes the flow velocity or flow rate in addition to the ultrasonic signal propagation path that can be selected.
これに対し、本実施形態に係る超音波流量計においては、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が連続的に回転可能であるため、選択可能な第１超音波信号の及び第２超音波信号の伝播経路が非離散的に連続的に存在するため、流速又は流量が最大となる第１超音波信号の及び第２超音波信号の伝播経路を設定可能である。 On the other hand, in the ultrasonic flowmeter according to the present embodiment, the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 can be rotated continuously, so that the selectable first ultrasonic signal and the second ultrasonic flowmeter can be selected. Since the propagation paths of the two ultrasonic signals are continuously non-discretely, it is possible to set the propagation paths of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal that maximize the flow velocity or flow rate.
以上、本実施形態によれば、流速算出部３０３により算出された流速が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する。よって、流速が最大となるときの当該回転角に対応する位置に第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２を固定し、計測配管部１内を流れる流体の流量を測定できるので、複数の超音波トランスデューサを用いて流体の流量を算出する際に、流体の流量をより正確に算出することができる。 As described above, according to the present embodiment, the rotation angle around the central axis of the measurement piping unit 1 of the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 when the flow velocity calculated by the flow velocity calculation unit 303 becomes maximum. To detect. Therefore, the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are fixed at a position corresponding to the rotation angle when the flow velocity becomes maximum, and the flow rate of the fluid flowing in the measurement piping unit 1 can be measured. When the fluid flow rate is calculated using the ultrasonic transducer, the fluid flow rate can be calculated more accurately.
（他の実施形態）
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。以下に示すように、本発明は様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
(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. As shown below, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like.
例えば、図１においては、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ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超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ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超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ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。 For example, FIG. 1 shows an example in which the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are arranged to face each other. On the other hand, the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are arranged in parallel to the central axis direction of the measurement piping unit 1, and the ultrasonic signal reflected in the measurement piping unit 1 is converted into the first ultrasonic transducer. Each of the acoustic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 may receive the signal. Further, the ultrasonic signal may be reflected a plurality of times inside the measurement piping unit 1.
上記実施形態においては、計測配管部１は、その中心軸に対して回転可能であり、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２は、計測配管部１に固定されており、計測配管部１と共に、計測配管部１の中心軸に対して連続的に回転可能であるが、これに限定されない。例えば、計測配管部１は固定されており、回転せず、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が、計測配管部１とは独立して、計測配管部１の周りを連続的に回転可能であってもよい。 In the above embodiment, the measurement piping unit 1 is rotatable with respect to the central axis thereof, and the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 are fixed to the measurement piping unit 1, and the measurement piping is Although it can rotate continuously with respect to the central axis of the measurement piping part 1 with the part 1, it is not limited to this. For example, the measurement piping unit 1 is fixed, does not rotate, and the first ultrasonic transducer 101 and the second ultrasonic transducer 102 continuously move around the measurement piping unit 1 independently of the measurement piping unit 1. It may be rotatable.
１…計測配管部、２…上流配管、３…下流配管、４、５…ガスケット、６、７…環状部材、１１Ａ、１１Ｂ…段部、１２、１３…突起部、１０１…第１超音波トランスデューサ、１０２…第２超音波トランスデューサ、２００…中央処理装置、３００…制御部、３０１…時間計測部、３０３…流速算出部、３０５…回転角検出部、３５１…記録部、４０１…出力装置、５００…超音波流量計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measurement piping part, 2 ... Upstream piping, 3 ... Downstream piping, 4, 5 ... Gasket, 6, 7 ... Ring member, 11A, 11B ... Step part, 12, 13 ... Projection part, 101 ... 1st ultrasonic transducer DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 ... 2nd ultrasonic transducer 200 ... Central processing unit 300 ... Control part 301 ... Time measurement part 303 ... Flow velocity calculation part 305 ... Rotation angle detection part 351 ... Recording part 401 ... Output device 500 ... Ultrasonic flow meter
Claims (3)
前記第１超音波トランスデューサから射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサと、
前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、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、
前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出する回転角検出部と、
を備える、
超音波流量計。 A first ultrasonic transducer rotatably provided around a central axis of a cylindrical measurement pipe part;
A second ultrasonic transducer rotatably disposed around the central axis of the measurement pipe section together with the first ultrasonic transducer at a position where the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer can be received; ,
A first time until the first ultrasonic signal reaches the second ultrasonic transducer through the measurement pipe section, and a second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer passes through the measurement pipe section. A flow rate calculation unit that calculates a flow rate of the fluid in the measurement pipe unit based on a second time until the first ultrasonic transducer is reached;
A rotation angle detection unit that detects a rotation angle around the central axis of the measurement piping unit of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer when the flow velocity calculated by the flow velocity calculation unit is maximum;
Comprising
Ultrasonic flow meter.
請求項１に記載の超音波流量計。 A recording unit that records the rotation angle around the central axis of the measurement piping unit of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer in association with the maximum flow velocity calculated by the flow velocity calculation unit;
The ultrasonic flowmeter according to claim 1.
前記第１超音波トランスデューサから射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサを前記計測配管部の前記中心軸に対して回転させるステップと、
前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、前記計測配管部内の流体の流速を算出するステップと、
前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出するステップと、
を含む、
回転角検出方法。 Rotating a first ultrasonic transducer rotatably provided about a central axis of a cylindrical measurement pipe part with respect to the central axis of the measurement pipe part;
A second ultrasonic transducer rotatably disposed around the central axis of the measurement piping unit together with the first ultrasonic transducer at a position where the first ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic transducer can be received; Rotating with respect to the central axis of the measurement pipe section;
A first time until the first ultrasonic signal reaches the second ultrasonic transducer through the measurement pipe section, and a second ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic transducer passes through the measurement pipe section. Calculating a flow velocity of the fluid in the measurement piping section based on a second time until the first ultrasonic transducer is reached;
Detecting a rotation angle around the central axis of the measurement pipe section of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer when the flow speed calculated by the flow speed calculation section is maximized;
including,
Rotation angle detection method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016206811A JP2018066696A (en) | 2016-10-21 | 2016-10-21 | Ultrasonic flowmeter and rotation angle detection method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018066696A true JP2018066696A (en) | 2018-04-26 |
Family
ID=62085978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016206811A Pending JP2018066696A (en) | 2016-10-21 | 2016-10-21 | Ultrasonic flowmeter and rotation angle detection method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018066696A (en) |
-
2016
- 2016-10-21 JP JP2016206811A patent/JP2018066696A/en active Pending
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