JP2676321B2

JP2676321B2 - 超音波流量測定方法と装置

Info

Publication number: JP2676321B2
Application number: JP6222658A
Authority: JP
Inventors: 秀得金; 學洙張; 種承白
Original assignee: 株式会社昌民物産
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1994-08-24
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: DE4430223C2; DE4430223A1; KR960013251B1; KR950006432A; JPH07218307A; US5531124A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波流量測定技術に関
するもので、特に、大口径パイプ上に超音波を多回線走
査方式で走査して流量を測定する方法及びその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】大口径パイプ用流量計で電磁式流量計、
パイプ内の一地点または数地点から流速計を投入する原
理でなる流量計、差圧式流量計等を使用して来ており、
特に、超音波流量計が最も多く使用されている。この超
音波流量計は使用するのに全く便利なもので、超音波を
発信受信する、例えば圧電（ピエゾ）セラミック等をパ
イプの外部壁に設けることである。以後、超音波発信受
信子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を簡単に超音波振動子と
言う。

【０００３】図１には従来方式によりパイプ外部に超音
波振動子を設ける方法の実施例が示されている。図１で
超音波振動子（１）（１′）等はパイプ中心線に対して
一定の角度（θ）で設けるようにパイプ壁（３）に傾斜
で固定される固定具（２）及び（２′）等を個別的に備
えている。

【０００４】このように超音波振動子（１）及び
（１′）等が設けられ、流速を測定するのにおいて、最
も誤差が少ない超音波流速測定方法としては流体の流速
方向と逆方向に、即ち、図１に点線で示された矢印方向
のように振動子（１）から振動子（１′）、そして振動
子（１′）から振動子（１）に向って超音波を発射する
ようになる。この時、流体での超音速（Ｃ）は流体が流
れない時の秒音速（Ｃ_w）と超音波が伝播する方向の流
速成分（ｖ）と合わされ、また逆に差引かれる。

【０００５】そこで流速の測定は時間差による演算方法
と周波数差による演算方法が最も多く使用されている
所、時間差方法は超音波パルス（ｐｕｌｓｅ）が振動子
（１′）から振動子（１）方向、即ち、流速方向側に伝
播する時間ｔ₊と、反対側に伝播する時間ｔ_-を測定
し、ｔ_-とｔ₊の差を測定する方法である。再言する
と、

【数６】となる。図１で流速（ν）は直線（Ｌ）上の流速成分で
ある所、直径線上の平均流速をＶ_Dとすれば、になり、従って（１）式は

【数７】となるのである。

【０００６】もし、変数Ｌ、θ、Ｃ_w値を事前に知って
おれば、２ＬｃｏｓθＣ_w ²＝Ａは比例係数で超音波流
量計の演算部に代入させて置くとΔｔ測定通じて流速
（Ｖ_D）を測定することになる。

【０００７】また、周波数差方法を実現する種々の技術
的方法があるが原理的に見ると次のとおりである。

【数８】となる。

【０００８】周波数差方法の大きい長所は式（４）で見
るように流体内での超音速（Ｃ_w）と関係がないことで
ある。超音速（Ｃ_w）は流体の密度（比質量）、成分、
温度変化により変ずることによって流量測定時の超音速
（Ｃ_w）を直接測定して式（３）に代入しないと測定誤
差が大きくなり得る短所がある（上記の式を誘導するに
おいてν²／Ｃ_w ²項は極めて小さい値で無視した）

【０００９】超音速（Ｃ_w）を流体の温度を測定して補
償する方法もあるがｔ₊とｔ_-を測定する条件で超音速
（Ｃ_w）を次式により測定することができる。

【数９】（５）を（３）に代入すると、

【数１０】となる。または式（６）で

【数１１】となる。

【００１０】何れの流速測定方法を採択するとしても１
回線超音波流量計は流量（Ｑ）を次式で算出するように
なっている。

【数１２】ここで、ｍ−超音波流量計の流量係数（または比例係
数）、Ｓ−パイプ内部の断面積、Ｄ−パイプ管内部直径
である。

【００１１】このような基本原則によって流量を測定し
ており、種々の測定アルゴリズムと流量計算式等を開発
するとしても上記の原則等は変わりがないことを心得し
なければならない。

【００１２】このような超音波流量計等は日本の会社の
東京計測（株）、米国の会社のＣＯＮＴＲＯＬＯＴＲＯ
Ｎ社等で開発販売している。クロス相関関数を求めて流
速を測定して流量を計算する超音波流量計も１回線流量
計である。

【００１３】具体的に、このような超音波流量計は超音
波振動子（１）（１′）等を固定具（２）（２′）等に
より個別的にパイプ外部壁（３）に設けることになり、
超音波信号を流体に伝播させる方式如何を問わず１回線
流量計で、まず、パイプの直径線上の平均流速（Ｖ_D）
を測定する。その理由は超音波振動子等が直径に置かれ
る点等に設けた時だけ一定な角度（θ）で超音波がパイ
プ壁から流体に伝播され、また流体でパイプ壁（３）と
固定具（２）を通過して振動子に到達するためである。
もし、図３に示した位置に振動子等をパイプ外壁に設け
ると超音波は殆どがパイプ壁で流体内に反射して超音波
信号を受信するのが全く難しい。

【００１４】また、図２に示したように振動子（１）
（１′）等を円周に沿って同時に移動させながら測定を
しても、結局は、直径線上を流れる流体の平均流速だけ
測定することができる。再言すると、数指点に振動子を
設けて流速を測定するとしても流量測定の程度が基本的
に提高されない。上記の全てを基にして超音波振動子を
パイプの外壁に設ける全の１回線超音波流量計等の基本
的な短所を考察すると次のとおりである。

【００１５】１）流量比例係数ｍは整数でなく与えられ
た直径パイプ（断面積Ｓ＝ｃｏｎｓｔ）でも流量変化に
より、即ち、流速変化により変わる数である。正確な流
量Ｑ₀は、Ｑ₀＝Ｓ・Ｖ_S （９）である。ここで、Ｖ_Sはパイプの内部の断面積（Ｓ）を
通過する総平均流速である。

【００１６】従って、直径線上の平均流速（Ｖ_D）は流
速Ｖ_Sと同一でない。即ち、この差異を補正するための
係数がｍであり、

【数１３】を意味する。また、式（８）から係数（ｍ）を削除した
測定値（Ｑ′）と標準流量測定装置で測定した流量Ｑ₀
の比を求めると

【数１４】となる。（ｍ_v：流速係数、ｍ_Q：流量係数という）

【００１７】図４に流量変化により変わるパイプ内の流
速分布図を示した。流量分布が対称形になるのはパイプ
の直線部分が十分に長い時である。図４に示したように
流量が小さい時と流量が多い時の流速分布法則は異な
る。（一般に、流量計が測定範囲、即ち、最少、最大流
量測定の差が１：１０程度にならねばならない）従っ
て、流量係数（ｍ_Q）または流速係数ｍ_vは流量変化に
より変わる。最小、最大流量に該当される係数（ｍ）を
或る方法で求めて、その平均値（ｍ）を流量計に入力さ
せる場合、流量測定誤差は４−６％までなる時が多い。
超音波流量計の特性で指摘された例を挙げて誤差（０．
５％−１．０％）は流速（Ｖ_D）の測定誤差または或る
指定されたレイノルズ数（Ｒ_E）、または指定された流
量に該当されるものであり、その流量測定全域に該当さ
れるのではない。

【００１８】また、係数（ｍ）はパイプ内壁の状態また
は流体の密度、粘度変化により、また、パイプの直線部
分の長さによって変わる変数である。以上の事実は時間
差、周波数差、クロス相関関係時間測定等の方法を問わ
ず１回線超音波流速計の共通の短所である。

【００１９】２）次の短所は流速、流量測定式（１）−
（８）を使用しようとすれば、必ず、超音波パルスが固
定具（２）とパイプ外壁（３）を通過する伝播時間（ｔ
_S）を正確に知っていなければならない。それだけでな
く超音波流量計の電子回路、そして超音波振動子と流量
計と連結するケーブルから発生する電気信号の遅延時間
（τ₀）を知っていなければならない、式（１）−
（８）等は超音波パルスが流体内でだけ伝播した時間を
取り扱った時成立するものである。

【００２０】しかし、直接測定する時間は超音波振動子
に電気パルスが入力される瞬間から相手側にある振動子
にパルスが作用して電気信号出力が示す瞬間までの時間
である。したがって、測定された時間は上記の式等の時
間ｔ+ 、ｔ_-と異なり次のとおりである。となり、２ｔ_S＋τ₀が相互差引かれる。これが時間差
方法の大きい長所であるが超音速Ｃ_w ²の項があるため
式（６）−（７）を使用しなければならない。超音速測
定式（５）で測定された時間ｔ₊′、ｔ_-′を代入する
と次のとおりである。

【数１５】

【００２１】このように超音速測定誤差が生じるが、流
速測定式にＣ_w ²′を代入すると超音速測定誤差が大き
くなる。（超音速測定誤差の２倍が更に加えられる）。
従って、必らず伝播時間（ｔ_s）と遅延時間（τ₀）を
正確に知って測定された時間ｔ₊′とｔ_-′から減じな
ければならない。伝播時間（ｔ_S）は、まず、固定具
（２）とパイプ壁の素材により異なり、またはパイプ壁
の厚さ、固定口の形態により異なる。従って、現地で超
音波振動子を設けても正確に伝播時間（ｔ_S）を直接測
定しないとすれば伝播時間（ｔ_S）を仮定する外ない。
（同じ鋼鉄パイプであるとしても鋼鉄成分が同一でない
ので超音速（Ｃ_S）も異なる）

【００２２】周波数差方式を採択する場合、測定された
時間ｔ₊′ｔ_-′を周波数差式に代入すると、

【数１６】となり流速（ｖ）の測定誤差が大きくなる。従って、た
とえ超音速（Ｃ_w）の影響を受けない周波数差方式を使
用しても必ず伝播時間（ｔ_s）と遅延時間（τ₀）を正
確に測定してｔ±＝ｔ±′−２ｔ_S−τ₀で補正しなけ
ればならない。

【００２３】３）次の欠陥は長さ（Ｌ）と角度（θ）測
定問題である。超音波振動子を固定具（２）によってパ
イプの外壁（３）に設ける場合、超音波は固定具（２）
とパイプの壁（３）を伝播する時、固定具（２）とパイ
プの壁（３）の材質による音響特性に差異があることに
なると、屈折をすることにもなり、またパイプ内壁で流
体で伝播する時に屈折をする。即ち、鋼鉄の音響抵抗と
水の音響抵抗の差は３０倍以上である所、屈折角が無視
する程に小さくない。

【００２４】このように屈折して伝播する条件で現地に
あるパイプ外壁に超音波振動子を設ける場合、超音波パ
ルスが流体内を伝播する距離（Ｌ）と、この距離（Ｌ）
とパイプの中心線となされる角度（θ）を正確に或る長
さ計測器（即ち、尺物）で測定することは容易でない。

【００２５】距離（Ｌ）と角度（θ）の測定は幾何学的
に計算することになるが（パイプの内径、外径を測定し
て超音波振動子等の位置を測定して屈折角を予想して計
算するようになる。このように計算された距離（Ｌ）と
角度（θ）が実際距離（Ｌ₀）及び角度（θ）と差異が
出ると流速、流量測定誤差が増加することになる。

【００２６】４）パイプの口径が大きいと大きい程、ま
た流速が高ければ高い程、流体内を超音波パルスが伝播
して受信振動子まで到達する距離Ｌ₀は幾何学的な直線
（Ｌ）と差異が出て来る。

【００２７】図５では超音波パルスが伝播する軌道を示
した。超音波ビームは流体の流れによって流れ方向に押
されるようになる。（これは船が川を直角に横断しよう
としても押されて出発点とは一層離れた個所に到達する
のと同一な現象である）このような現象を利用する超音
波流量計もある。

【００２８】超音波振動子（１）と（１′）をパイプ中
心線に直角になる垂直線（直径線）に配置して（図５Ａ
参照）。流速Ｖ＝０であると、超音波ビームの全体エネ
ルギーが振動子（１′）に到達される。しかし、流速が
ある時はビームが直線に伝播できないようになり、押さ
れて地点（ｂ）に到達する。この時になされる角度
（α）と間隔ａｂ＝δｌとの関係は次とおりである。

【数１７】ここで、Ｄはパイプの内径である。従って、間隔ａｂ＝
δｌを測定して流速を測定して流量を計算する超音波流
量測定装置も使用されていた。

【００２９】即ち、超音波振動子（１）及び（１′）を
図５に示したように角度（θ）をなすように設けた時も
角度（θ）で発射された超音波ビームが振動子（１′）
に到達せず点（ｂ）に到達する。振動子（１）から発射
された超音波ビームが振動子（１′）に到達するのは角
度（θ＋δθ）で発射されたのである。このビームは図
５に示したように距離（Ｌ₀）の曲線軌道を通過するも
のである。従って、距離（Ｌ₀）は幾何学的距離（Ｌ）
と異なりＬ₀＞Ｌが成立する。

【００３０】しかし、このような現象を無視するとか沈
黙を守る動向があるが、もしパイプの直径が小さいと式
（１５）から見るように距離（δｌ）も極めて小さいた
めである。しかし、パイプの直径が大きく平均流速も高
い時は無視することができない。

【００３１】実例を挙げてＶ＝５−１０ｍ／ｓ、θ＝４
５°、Ｄ＝２−３ｍとなる時（Ｌ₀−Ｌ）／Ｌ＝２−４
％となる。すなわち、距離（Ｌ₀）の代わりに直線
（Ｌ）を利用して流量を計算して測定すると流量測定の
誤差が２−４％程になる。しかし、Ｄ＝０．５ｍである
と誤差は０．２〜０．４％程にしかならない。（これに
もかかわらず１回線超音波流量計を使用する時、超音波
流量計スペックに指摘された誤差（例えば、０．５％）
を流量測定結果の誤差にみなしているのが普遍化されて
いる）

【００３２】超音波振動子をパイプの外壁に設ける方法
において、パイプ直径が小さいとしても幾何学的距離
（Ｌ）も正確に測定し難く測定誤差が大きくなり得、流
量測定誤差が大きくなる。流体内で超音波ビームが直線
に伝播しない現象で距離がＬ₀≠Ｌになり、流量または
流速測定誤差が増加するのを避けるためには超音波ビー
ムが図６に示したようにパイプ内壁で反射するようにな
すと良いと考えることができる。この場合に時間差方法
を採択すると

【数１８】となり、距離（Ｌ）の影響が無くなる。

【００３３】しかし、秒音速（Ｃ_w）を式（５）で測定
する場合、また周波数差方法を採択する場合には真距離
（実際距離）（Ｌ₀）を知らねばならない。

【００３４】５）超音波振動子（１）（１′）等をパイ
プの外壁（３）に設ける方法は直径線上での流速だけを
測定することができる１回線超音波流量計でのみ使用す
ることができる。

【００３５】このように超音波振動子をパイプの外壁に
設ける１回線流量計は設置上で便利であり携帯用として
も利用することができる長所がある代わりに上記の短所
等があるが、この短所は特に、口径が大きいパイプ内を
流れる流体の流量を測定する場合、そして流量計を直接
標準流量装置で矯正検査することができない場合に著し
く示されて流量測定誤差が大きくなる。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の短所等
を除去すると共に直径線上の流速だけを測定するのでは
なく、多くの弦（ｃｈｏｒｄ）線上の流速も測定して断
面平均流速測定の精度を著しく提高する多回線超音波流
量計を実現させるためのものである。

【００３７】多回線超音波流量測定原理を図７に示され
ている。即ち、多数弦線上の流速Ｖ₁、Ｖ₂…Ｖ₅等を
超音波で個別的に測定して各弦線上での流速測定値を基
に断面積の総平均流速（Ｖ_S）を求めると、

【数１９】となる。

【００３８】ここで、積分式は二方法で求めることがで
きる。即ち、近似積分法を使用することができ得、また
は図８に点線で表示した曲線関数Ｖ（ｒ）を一定の関数
で表現して積分することができる。回線数が多いければ
多い程積分（１６）を近似積分する誤差が少なくなる。
超音波回線数を更に増加させないながら近似積分するた
めの測定データ値を増加させる方法は、以後に詳細に言
及される。まず、超音波振動子の設置方法と、これに関
連された距離（Ｌ₀）測定等を詳細に説明する。

【００３９】すでに説明したように（図３参照）弦線上
の平均流速を測定するため超音波振動子をパイプの外壁
に設けると流体内に超音波を発射するのも難しいが流体
内に発射されたとしてもパイプの外壁に設けた超音波振
動子に超音波が到達できない。

【００４０】従って、最も容易な対策は２通りがある。
一つの方法は図９に示したように超音波振動子（１）及
び（１′）を設ける位置にパイプ壁（３）を変形させ超
音波ビームの方向に対して直角面を構成させることであ
るが、この場合、流速分布を歪曲させ図８に示した形態
の流速分布図が形成されなくて近似積分誤差が大きくな
る。

【００４１】第２の方法は図１０に示したようにパイプ
壁に穴を穿孔し、振動子（１）及び（１′）等を挿入し
て直接に流体と接触させることである。

【００４２】このような方法を採択すると角度（θ）、
振動子間の距離（Ｌ）等を比較的容易に測定することも
でき得、伝播時間（ｔ_S）もなくて便利であるが、振動
子（１）及び（１′）等が穴（３）内に傾斜設置される
ので、パイプ壁（３）と振動子（１）及び（１′）等の
間には空洞（５）及び（５′）をパイプ壁に形成する結
果となり、この空洞（５）及び（５′）等には渦流が発
生され、同じく流速分布歪曲を生ずる。超音波振動子等
をパイプ外壁に設ける場合、このような欠陥を避けるこ
とができるとの見地から外壁設置を主張するものであ
る。しかし、パイプ直径が大きい時には小さい空洞で生
じる渦流現象等を無視することができるが、パイプ直径
が小さい時、これを無視すると補充的な流量測定誤差が
生じる。

【００４３】これにより空洞内に或る物質を充填させる
とこの否定的な現象を避けることができるが充填物質の
超音波特性は超音波ビームの屈折を誘導するとか、また
は相手側で殆ど反射することができる危険性があるよう
になる。

【００４４】従って、このような全ての問題を勘案し
て、本発明の更に他の目的は流体の流れの全体面積の平
均流速を求めて流量測定誤差を縮めるので大規模の流量
標準測定装置による矯正必要性を除去した体積流量測定
方法及びその装置を提供することに関するものである。

【００４５】本発明の更に他の目的は流量測定装置の全
ての遅延時間、流体の物性変化による実際の超音波伝播
距離及び角度に対する正確な測定をするようにさせた流
量を測定する方法及び装置を提供することに関するもの
である。

【００４６】本発明は多数の超音波振動子装置等が大口
径パイプの円周の回りに所定間隔をもって設けられる
が、この超音波振動子装置等はパイプの直径線上の中心
から円周までの一側半径をＲとする時、間隔ｌ＝２Ｒ／
（Ｎ＋１）で配入され、他側半径には間隔〔ｌ′＝Ｒ／
（Ｎ＋１）〕を始点として配入され多回線超音波振動子
の測定効果を約２倍で向上させ、これら超音波振動子装
置等は相互干渉を排除するように超音波発生振動子と受
信振動子等が交叉動作される。

【００４７】また、各々の超音波振動子装置等は大口径
パイプ外壁に設ける場合、パイプ中心線から所定角度で
傾斜されてパイプ壁の穴内に挿入されるが、パイプ外壁
に挿入される胴体と；胴体を区画して超音波振動子を収
納する第１チャンバ；測定しようとする大口径パイプ内
を流れる流体と同一な音響抵抗を有するブロックを収納
する第２チャンバ等で構成される。ここで、ブロックと
超音波振動子等は一体に固定され、ブロックは胴体の内
部と同一な大きさで密着挿入されるか胴体内部で支持さ
れる形態でなると共に、その上部表面がパイプの内側表
面と同一平面をなすようになる。

【００４８】また、上記ブロックの代わりに上記１及び
２チャンバ間に隔壁を置き、上記第２チャンバには流体
入口部と出口部を形成し、上部を音透明体で密閉した構
造も可能である。

【００４９】一方、パイプ内の流体速度測定に対する流
量計の矯正のためには上記ブロックが所定距離（ΔＬ）
程度にパイプ内壁に突出され得る。

【００５０】

【作用及び実施例】本発明を添付の図面に基づいて詳細
に記述すると次のとおりである。

【００５１】図１１に示したようにパイプ（１０）はそ
の外壁内部に傾斜した穴（１１）が穿孔されている。こ
の穴（１１）内には超音波振動子装置（２０）が所定角
度で収納される。このような場合、図１０に示したよう
に超音波振動子とパイプ管の壁間に形成される空間を充
満させるためにはブロック（１７）が振動子（１６）と
結合されている。即ち、超音波振動子装置（２０）は所
定長さの胴体（１３）を具備するが、これは第１チャン
バ（１４）と第２チャンバ（１５）に区画されている。

【００５２】第１チャンバ（１４）はその内部に超音波
振動子（１６）を収納する空間が形成され、以後、記述
するブロック（１７）を支持するようにその内部の円周
の回りにバッキングが固定される。

【００５３】第２チャンバ（１５）はパイプ壁部の穴
（１１）の一部を占有するようになり、その全面がパイ
プ（３）の内壁表面と一致される平面になり、その内部
のように略菱形の空間と同一形状のブロック（１７）が
挿入されている。ブロック（１７）はその後面に第１チ
ャンバ（１４）に位置される超音波振動子（１６）が適
当位置され固定される。

【００５４】一方、超音波振動子（１６）が固定される
ブロック（１５）はその材質が有する音響抵抗（ρ_S×
Ｃ_S；ρ_S＝材質の密度、Ｃ_S＝材質の超音速）がパイ
プ内部で流れる流体の音響抵抗（ρ_w×Ｃ_w）と同一か
または極めて近似である。実施例を示すと流体が水であ
るとその音響抵抗と略同一な抵抗を有する有機ガラス
（フレックスグラス）でも有り得る。

【００５５】図１２では本発明の超音波振動子装置の実
施例が示されている。図１１と同一な素子には同一符号
が併記される。この超音波振動子装置（２０）は胴体
（２）が第１チャンバ（１４）と第２チャンバ（１５）
を具備し、同じく第１チャンバ（１４）の内部空洞には
超音波振動子（１６）が位置され、第２チャンバ（１
５）にはブロック（１７）が位置されるが、その下側面
に超音波振動子（１６）が固定されており、ブロック
（１７）を支持する支持具（１９）で円周の回りに所定
の幅で固定される。

【００５６】バッキング等の補助具（２１）等はブロッ
ク（１７）の下側面が支持具（１９）の上部表面に固定
なるようにさせ、ブロック（１７）の上側面は多少とも
小さい直径を有する階段形状の突出部（２２）がパイプ
内に流れる流体と接触されるように上部へ延長されて形
成した階段面の円周の回りに補助具（２１）が位置さ
れ、第２チャンバ（１５）が（１３）の延長部（２３）
と結合される。

【００５７】一方、このような構造からブロック（１
７）が多様な種類の流体の音響抵抗（ρ_wＣ_w）と完全
に同一な音響抵抗を有する材質を選択するのが難しく、
単に、音響抵抗（ρ_wＣ_w）に近似な超音波抵抗を有す
る材質で作られ得る。このような場合、傾斜されたブロ
ック表面を通じて理想的な横波が流体に発射され得な
い。したがって、或る程度横波を保障しながらも流速分
布に最少限（空洞に比して）の影響を与え得るように第
２チャンバの前面に図１２に示したとおりに深さが浅い
空洞（２４）を形成する。この空洞（２４）の底面は超
音波振動子（１６）の表面に平行になるようにする。更
にまた、選択したブロック（１７）の材料が流体の流れ
によって摩耗されるとか流体に対する反応で腐蝕される
可能性がある場合にはブロック（１７）の表面を耐摩耗
性または耐腐蝕性物質でコーチングを行なうことができ
る。

【００５８】また、流体に極めて近似の音響抵抗がある
ブロックにて適当な材料がない場合には図１４に示した
ように振動子装置（２０）を築造することができる。図
１４で胴体（１１）は第１チャンバ（１４）と第２チャ
ンバ（１５）が区画壁（２６）によって完全に分離され
ている。

【００５９】第１チャンバ（１４）の内側には区画壁
（２６）の下側に超音波振動子（１６）が固定される。
第２チャンバ（１５）はその内部が空洞になり、胴体
（１１）の前面から円周の周りに延長した延長部（２
３）に支持される金属板（２５）（実例−不銖鋼板）が
固定される。また、胴体（１１）の壁部には空洞（１
５）とパイプ内に流れる流体と貫通される穴（２７）及
び（２８）が穿孔されている。

【００６０】それで、穴（２７）及び（２８）等を通じ
てパイプ内の流体圧力と空洞（１５）内の圧力が同一に
なって薄い金属板（２５）の両面の圧力が同一になるの
で、金属板（２５）も変形するとか破壊されなくなる。
勿論金属板（２５）の厚さは薄くもあり得るが超音波が
最も多く通過される厚さ（超音波の波長を前以ってしっ
ている条件で）に選択しても良い。一方、以上の実施例
で注目されるところは振動子装置（２０）はブロック
（１７）に超音波振動子（１６）を設けた時と同じ伝播
時間（ｔ_S）が遅延される現象が生じる。

【００６１】即ち、ブロックを超音波が通過する時間を
必ず前以って測定すべきである。この時間測定方法は以
後に言及する。

【００６２】以上でのように築造した超音波振動子装置
は小口径パイプの流速を測定するのにおいて本発明の原
理により配設されるべきである。大口径のパイプでは上
記したブロックが無くても良い。

【００６３】即ち、本発明は多数の流速を測定するため
の超音波振動子装置等がパイプ円周の周りの外壁に沿っ
て所定配列で固定される多回線流量測定装置と総称する
ことができる。

【００６４】多回線流量測定装置において、流速を測定
しようとする鉉線上に回線数が多い程パイプの総断面に
該当される平均流速（Ｖ_S）の測定誤差が小さくなり、
従って、流量測定装置を標準流量測定装置を利用して直
接矯正する必要がなくなって大口径用の流量測定装置と
して極めて効力があるのみでなく大口径に使用でき得る
標準流量測定装置も開発することができる。しかし、超
音波流速の測定回線数を多くするのは大きい負担とな
る。

【００６５】まず、流量測定回路が極めて複雑になって
流量測定装置価格も高くなり、また、測定誤差を減少さ
せるため遅延時間（τ₀）を回線とは関係無く同一に維
持するためには１個の電子回路を使用し、回線は順次に
切り換えるのが最も合理的であるが回転数が多い程流量
測定時間が長くなる欠陥も表われる。

【００６６】このようなことを考慮して超音波流速測定
回線等の位置選定、即ち、超音波振動子等の設置位置を
合理的に選定して回線数を増加させる効果を得ることが
できると、極めて有利であるのを分かることができる。
即ち、パイプの直線部分の長さが十分で流速分布が対称
になると仮定して回線位置を次のように選択する。

【００６７】まず、直径線上の流速は最も高いため、直
径線上には、必ず、一回線が選択される。直径線の中心
に左、右（または上、下）にある半径線に同一な数ｎ＝
（Ｎ−１）／２（Ｎ−総回線数）の回線を構成するにお
いて、例えば、左側半径線上には

【数２０】間隔で回線を構成し、右側の半径には最後の回線（鉉が
最も短い）を

【数２１】位置に構成させ、次の回線等はｌ間隔で構成されるよう
に超音波振動子等を配置する。

【００６８】図１５に、実例で３回線、５回線構成図が
毎回線で、測定された流速等を断面積総平均流速
（Ｖ_S）の計算に利用する原理を説明した。総平均流速
（Ｖ_S）を求めるために測定された流速Ｖ₁，Ｖ₂…Ｖ
_nと地点（＋Ｒ）と（−Ｒ）点での流速Ｖ_+R＝Ｖ_-R＝０
であると仮定し、近似積分するとかまたは曲線関数Ｖ
_(r)を求めて積分する時、右側の半径にて測定された流
速（３回線の時はＶ₃、５回線の時にはＶ₄、Ｖ₅にな
る）を左側の半径線に該当した座標に挿入して（図１５
にＶ₃′、Ｖ₄′、Ｖ₅′になる）また左側の半径で測
定された流速を右側の半径線に該当する座標に挿入する
（図１５にＶ₁′、Ｖ₂′である）。

【００６９】終回線（Ｖ₃またはＶ₅）をｌ′＝ｌ／２
に構成する理由はパイプの中心部分の流速分布がログ関
数または指数（ｅ^a）関数で正確に表現でき得るが、パ
イプ壁に近い部分の流速分布はレイノルズ数（Ｒｅ）に
よって著しく変わり、簡単なログ関数または指数関数で
正確に表現し難い。図１５に左側曲線に点線で曲線を示
したように管壁あたりの測定データが不足すると積分誤
差が大きくなり得る。

【００７０】上記のように、回線を配列して測定された
回線別流速等を左右座標で互いに活用できるようになす
ことで断面総平均流速を求める積分演算の誤差を著しく
減少させるようにする。図１５に示したように、３回線
が５回線の効果を示し、５回線の時には９回線の効果が
示される。パイプ壁の点（＋Ｒ、−Ｒ）での流速をＶ_+R
＝Ｖ_-R＝０とみることができる所、３回線の時は７、そ
して５回線の時には１１個のデータを基に平均流速（Ｖ
_S）を求めるようになる。このようにすることで流量測
定範囲（Ｑ_max／Ｑ_min）を誤差増加無しにより広げる
ことができ、流量測定装置構造も簡素化され価格も低廉
になる。

【００７１】更に進んで、多回線流量測定装置の超音波
スキャンニングをする場合は次の点が留意されるべきで
ある。多回線流量測定装置で毎回線を順次に動作させる
場合、測定時間が延長されるのであり、同時に動作させ
る場合には相互干渉になるので、受信混鈍がないように
するため毎回線の超音波周波数等を相互に異なるように
すべきである。

【００７２】この時、順次に動作させるのに比して測定
時間は短縮されるが毎回線の周波数ｆ₁、ｆ₂、……ｆ
_n間の周波数差を大きく取る場合には超音波パルスを受
信して時間測定制御パルスを形成する回路で生じる１周
期程度の誤差があり得るが、毎回線の超音波周期が相異
になり総括的に補正するのが難しく、周波数差を小さく
選択すると通過領域が極めて狭いフィルタを使用するよ
うになって受信したパルスが著しく歪曲され時間測定誤
差が大きくなり得る。

【００７３】この短所を除去するため図１７に示したよ
うに毎回線の超音波発信方向が互いに逆になるようにす
る。このようにすることで、回線間の超音波周波数の差
異が小さくても同じ方向へ発射する回線間の間隔が大き
くなって相互混線になるのを避け得る。

【００７４】更にまた、この方法に他の種々な雑音除去
回路を使用すると、一層効果が大きくなる。例えば、最
大流速、即ち、最大流量の時の毎回線の超音波パルス発
射と共に受信回路に受信インタラップト（遮断）パルス
を発生させ信号到達前に入力される雑音を遮断すること
ができる。（図１８参照）

【００７５】一方、ブロックを超音波信号が通過する伝
播時間（ｔ_s）と電子回路で生じる遅延時間（τ₀）を
測定する方法と流体内で超音波信号（パルス）が通過す
る距離（Ｌ₀）を測定すべきであるが、これは超音波流
量測定装置の矯正検査に係われる。ブロックを通過する
時間（ｔ_s）と遅延時間（τ₀）は事前に正確に測定し
て流量測定装置に入力させて流速または流量演算時に必
ず補正されねばならない事実に対しては、既に、言及さ
れている。（式１３、１４参照）

【００７６】ブロックの表面は傾斜面であるため、即
ち、ブロックの厚さが同一でないために超音波パルスを
ブロック表面で一定の距離を流体内で伝播しながら超音
波パルスの前面の上昇エッジ（辺部）の形態が歪曲さ
れ、またブロックにパルスが到着して受信振動子に到達
するパルス前面の上昇エッジが若干ながら歪曲される。

【００７７】これによって時間測定制御装置、即ち、タ
イマで開始、停止パルスを形成させるにおいて遅延時間
（τ₀）に悪影響を及ぼすことになる。したがって、幾
何学的に図１９に示したようにブロックが互いに逆対称
に配置されていて受信側で全て補償されると見てはなら
ない。これはパイプの外壁で固定具を通じて超音波信号
を受信する時も同じである。（Ｃｌａｍｐ−Ｏｎ）従って、直接流体内で流量測定装置を包含してブロック
を通過すると見る時間（ｔ_s）と流量測定回路で発生さ
れる遅延時間（τ₀）を合わせて事前に測定すべきであ
る。即ち、ｔ₀＝２ｔ_s＋τ₀測定すべきである。

【００７８】時間（ｔ₀）を次のように測定する。図２
０に示したように、水槽（３０）に流量測定しようとす
る流体（液体）（３１）を充満させ、ブロック（１７）
に付着された超音波振動子（１６）（１６′）を同一直
線上に距離（Ｌ₁）を離隔して配置する。距離（Ｌ₁）
は流量を測定しようとするパイプに振動子等を設けた時
の幾何学的距離と近似に取る。

【００７９】超音波振動子（１６）及び（１６′）等は
流量測定回路（３４）に連結され、この流量測定回路
（３４）に属するタイマ（３５）が入力される時間測定
静止、開始パルスを同時に時間差標準計測器（３３）に
入力させる。

【００８０】したがて、超音波振動子（１６）で（１
６′）または振動子（１６′）から（１６）に超音波パ
ルスを反復発射しながら超音波パルスが到達する時間
（ｔ₁）を時間差標準計測器（３３）で測定する。測定
された時間ｔ₁は

【数２２】となる。

【００８１】時間差標準計測器（３３）の誤差は無視し
た。その次に振動子（１６′）を距離（Ｌ₂）度に移動
させて上記のように時間を測定すると

【数２３】となる。

【００８２】ここで、Ｃ_Wは流体内で超音速度である。
式（２１）より式（２０）を減ずると

【数２４】となる所、（流体内で距離Ｌ₂を通過した時間）（２
１）式で超音速Ｃ_Wを

【数２５】を求めることができる。式（２０）に式（２３）を代入
してｔ₀を求めることになる；

【数２６】となる。

【００８３】同じく図２１に示したようにパイプの外壁
に超音波振動子を固定具（２）によって壁（３）に設け
る１回線超音波流量測定装置（Ｃｌａｍｐ−Ｏｎ式）も
上記方法で時間（ｔ₀）を測定して流量計算アルゴリズ
ムを補正すべきである。但し、固定具に超音波振動子を
設けようとするパイプ壁部の一部を固着させ、上記の方
法で時間（ｔ₀）を測定すべきである。

【００８４】また、超音波ビームが流体を通過する実距
離（Ｌ₀）測定もまた超音波流量測定装置の矯正検査に
関連される。この実距離（Ｌ₀）に対して図５を利用し
て説明したように口径が大きい程、また流速が高ければ
高い程に超音波を受信するブロック面間の幾何学的距離
（Ｌ）が超音波ビームが通過する距離（Ｌ₀）と一致し
なくＬ₀＞Ｌとなる。

【００８５】この超音波ビーム伝播距離（Ｌ₀）は幾何
学的には測定することができない。勿論、理論的に超音
波ビームが伝播する距離（Ｌ₀）を角度（θ）、流速
（Ｖ_i）、パイプ内部の直径（Ｄ＝２Ｒ）、流体の超音
速（Ｃ_W）の関数で計算式を誘導して計算することはで
きるけど実験を通じて直接測定するのがより信頼性が高
く正確である。

【００８６】ここで、距離（Ｌ₀）の測定方法はつぎの
とおりである。図２２に示したようにパイプ（３）には
所定位置に超音波振動装置（２０）を設けるように穴
（１１）が穿孔され、この穴（１１）には所定距離で外
部に延長してパイプ形状になる収納部（３６）が固定さ
れている。

【００８７】この収納部（３６）はその内部に超音波振
動子（１６）を有する振動子装置（２０）が滑走移動が
可能なるように設けられる。

【００８８】それで、超音波振動子（１６）は収納部
（３６）の直径線上に位置されて現在の自己位置から収
納部（３６）内で距離（ΔＬ）程に移動させ得るように
なっている。

【００８９】このように超音波振動子装置（２０）の設
置が終って後、パイプ（３）内に流体を一定の時間の間
を通過させ流体、パイプ（３）、超音波振動子（１６）
等を全て同一な温度になるようにする。その次に流体の
供給を制御する流体供給バルブを閉鎖するように流体の
流れを止め流速（Ｖ_S＝０）となるようにさせ超音波振
動子（１６）から（１６′）に、または、逆に超音波パ
ルスを発射して超音波伝播時間（ｔ₁）を標準時間差測
定計で測定する。時間（ｔ₁）の測定が了わると、再び
超音波振動子（１６）をパイプ内部に挿入する。挿入し
た距離（ΔＬ）を正確に測定し、同時に挿入した状態で
超音波伝播時間（ｔ₂）を測定する。時間（ｔ₂）の測
定が了わると超音波振動子（１６）を元来の位置に移動
して固定設置する。

【００９０】伝播時間（ｔ₁）、（ｔ₂）及び距離（Δ
Ｌ）の測定値に基づいてパイプ流体の超音速（Ｃ_W）を
計算する。即ち、

【数２７】ここで、時間（ｔ₀）は相互控除される。

【００９１】順次に毎回線で時間（ｔ₁）を測定し、次
の式のとおりに毎回線の流体内の距離（Ｌ_i）を計算す
る。

【数２８】

【００９２】ここで、ｉ−回線番号、Ｃ_W ^O−式（２
５）で求めた超音速、既に測定された時間ｔ₀＝２ｔ_s
＋τ₀が利用される。

【００９３】このように流速がＶ_i＝０の場合の超音波
信号がパイプ内の流体を伝播する距離（Ｌ_i）を測定す
ることになるが、これは幾何学的に距離（Ｌ_i）を計算
するとか、或る手段、実例を挙げると物尺等を利用して
測定するものよりも一層正確に距離（Ｌ_i）を超音波技
術を利用して測定できる。

【００９４】以後、毎回線の距離（Ｌ_i）を計算するた
めの時間（ｔ_1i）測定が了わると、直ちに流体供給バル
ブを開き、または、ポンプを動作させパイプ内を流れる
最大の流量を保障する。

【００９５】このような条件から流速方向と逆方向に超
音波パルスを発射して時間ｔ₊₁：ｔ_-1等を測定する（勿
論、上記の時間等の測定は偶然的誤差を減少するため数
十回反復測定して平均値を求めるべきであるのを強調す
る必要はない）。

【００９６】このような測定結果を利用して、次のよう
に流速がある条件で流体内を伝播する実距離（Ｌ₀）を
計算する。流速が（Ｖ_i＝０）の時求めた距離（Ｌ_i）
を利用して超音速（Ｃ_W′）を計算する。

【数２９】であると仮定して秒音速（Ｃ_W′）を計算する。即ち、

【数３０】もし、Ｌ＝Ｌ₀であるとＣ_W′＝Ｃ_W ⁰になる。（Ｃ_W
⁰は式（２５）で計算したもの）、しかしＬ≠Ｌ₀であ
るとＣ_W′≠Ｃ_W ⁰である所、

【数３１】になる。即ち、Ｃ_W′＝Ｃ_W ⁰になる場合にはＬ≠Ｌ₀
が成立する。

【００９７】このような場合、式（２８）と（２７）の
比を求めて距離（Ｌ₀）を計算することができる。即
ち、

【数３２】となる。

【００９８】未知数はＶ_iである。しかし流体での超音
速は１０００ｍ／ｓを超過し、正常運営状態での流速は
Ｖ_i＜１０Ｍ／Ｓである。したがって、Ｖ_i ²／Ｃ_W ²
は極めて小さい数値である。例えば、水で超音速Ｃ_W ⁰
＝１４５０ｍ／ｓ、ｖ_i＝１０ｍ／ｓと見ても１０²／
１４５０²＝５０・１０^-6である。

【００９９】また、超音速Ｃ_W′とＣ_W ⁰の差異も小さ
いとの条件から無視できる。従って、

【数３３】

【０１００】以上のように式（２９）で実距離（Ｌ_0i）
を計算することができるが超音速（Ｃ_W ^O、Ｃ_Wi）の測
定誤差等は合になる。従って、実用的な式としては式
（２９）の代わりに次のような式を使用するのが良い。
（Ｖ²／Ｃ²を無視して）

【数３４】式（３０）を使用すると超音速Ｃ_W ^OとＣ_Wi測定固定誤
差は相互補償され控除される。

【０１０１】流量が小さい場合にはＬ_0i＝Ｌ_iと取扱わ
れ最大流量の時はＬ_O1＝Ｌ₁＋δＬになる。Ｌ₀＝ｆ
（Ｑ）は直線関数と仮定して流量測定装置演算部に代入
させて置く。各θ、即ちＬ_i線とパイプ線でなされる角
度は補正する必要がない。図５で示したように角度（θ
＋Δθ）で発射された超音波ビームが相手側に到達する
時には角度（θ−Δθ′）になる。例え、Δθは角度Δ
θ′と同一ではないが極めて近似した値である。したが
って、相互補償され、幾何学的角度（θ）を流量計算式
に使用しても誤差は極めて小さい。角度（θ）は或る角
度計で測定する必要は無く（また、現地で測定するのも
難しい）次のように求める。

【数３５】

【０１０２】ここで、ｌ_iは毎回線に該当する鉉の長さ
である。直径線上の回線ではｌ_i＝Ｄ、即ち、Ｄはパイ
プの内径である。このように求められた各角度（θ_i）
がパイプの内径、外径、超音波振動子等の相互位置等を
長さ計測器で測定して計算することに比すると一層正確
である。その理由は時間標準測定計で超音波伝播時間等
を１０^-3％精度以上に測定するのは極めて容易であるた
めである。

【０１０３】図２３に示したように、距離（Ｌ_i、
Ｌ_0i）と超音波（Ｃ_W）を測定するため直径線上の回線
を構成する振動子を具備した超音波振動子装置（２０）
が収納部（３６）等の中の或る一つの収納部内で元来の
自体位置から距離（ΔＬ）程度に挿入することができる
ようになる。この長さ（ΔＬ）を測定する計器は図２３
に示されてないが、パイプの外壁とか収納部（３６）に
固定させることができる。

【０１０４】長さ（ΔＬ）はパイプ口径が小さい時はパ
イプ内径が１／４程度、または口径が大きい時には略１
５０ｍｍ程度であると十分である。この長さを極めて正
確に（誤差が０．０５％以下に）測定するのは何等の技
術的問題が無い。長さ（ΔＬ）が１５０ｍｍ程度になっ
た時、超音波パルスが伝播する時間の差異は、実例を挙
げて、水で超音速を１４５０ｍ／ｓとしても１０^-4 _S程
度である所、現代の時間差の計測器等は１０^-8 _S程度に
測定するのが一般化されていて流体での超音速（Ｃ_W）
測定誤差が０．０５％を超過しないように保障するに
は、特別な測定技術が要求されない。このようにまず、
流量を計算するための流速測定の基本誤差の基になる変
数等ｔ₀、Ｌ₀、Ｃ_Wθ等の測定誤差は本発明で著しく
縮小させている。

【０１０５】只、流体断面積の総平均流速（Ｖ_S）測定
（計算）誤差が問題になり得る。即ち、１回線超音波流
量測定装置では流量計数（ｍ_Q）または流速計数
（ｍ_V）等を直径線上の平均流速に乗じて総平均流速
（Ｖ_S）を計算するようになっているが、この係数は流
量測定範囲内でも定数でなく、また他の要因によって変
わる数であるため流量測定誤差の一つの基本原因にな
る。しかし、多回線超音波流量測定装置では多くの断面
線上の平均流速を測定し、この測定結果を基に近似積分
して平均流速（Ｖ_S）を求める条件から近似積分の誤差
が流量計算の基本誤差の原因になり得る。

【０１０６】従って、近似積分の誤差を正確に監視して
流量測定誤差を分かるようになる。近似積分の誤差は次
のような方法で解決する。図４に示したように流量変化
による（レイノルズ数（Ｒ_e）変化による）流速分布図
を多数理論的に作成して正確に式（１６）により積分し
て理論的な断面積平均流速（Ｖ_S ⁰）を計算する。次に
流速分布図から流量計の回線座標から流量計の回線座標
に該当される流速（Ｖ_i）を流量計の近似積分回路の入
力に該当される電気信号（例えば、Δｔ_i、ΔＦ_i）を
計算する。

【０１０７】この計算値等に該当する信号を近似積分回
路に入力させる。近似積分の結果、平均流速（Ｖ_S）を
理論的流速（Ｖ_S ⁰）に対比して近似積分誤差を計算す
る。このようにすることで、パイプ口径に係わりなく多
回線超音波流量測定装置を直接標準流量装置で矯正検査
する必要が無くなる。

【０１０８】また、上記の変数（ｔ₀，Ｌ_i、Ｌ₀、
θ）等の測定誤差も容易に判定され、時間（ｔ₊、
ｔ_-）または周波数（ｆ₊、ｆ_-）測定誤差も知り、近
似積分誤差も直接測定した条件から流量計の流量測定の
総誤差を計算することができる。

【０１０９】

【発明の効果】このように多回線超音波流量測定装置は
古典的な標準流量測定装置で矯正検査しなくても高い信
頼度で流量測定誤差を分かることができる。従って、多
回線超音波流量計は大口径パイプ用に広く使用されるだ
けでなく標準流量計に利用して他流量計等を現地で矯正
検査するのに活用するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の１回線超音波流量計の原理を示した
図面である。

【図２】従来技術の１回線超音波流量計の超音波振動子
の位置を示した図面である。

【図３】従来技術により超音波振動子を直径線外のパイ
プの壁に設けた場合を示した図面である。

【図４】パイプの内部での流量変化による流速分布図を
例示した図面である。

【図５】大口径パイプの内部での超音波パルスが伝播す
る軌道を示した図面である。

【図６】大口径パイプの内部での超音波パルスが伝播す
る軌道を示した図面である。

【図７】本発明による多回線超音波の流量測定原理を例
示した図面である。

【図８】本発明による多回線超音波の流量測定原理を例
示した図面である。

【図９】超音波振動子をパイプの外壁に設けた一実施例
を示した図面である。

【図１０】超音波振動子等をパイプの外壁に穴を穿孔し
て設けた他の実施例を示した図面である。

【図１１】本発明の原理による超音波振動子をパイプの
外壁を穿孔して設けた状態を示した図面である。

【図１２】本発明の原理による他の実施例の超音波振動
子の設置構造を示した図面である。

【図１３】本発明の原理による更に他の実施例の超音波
振動子の設置構造を示した図面である。

【図１４】本発明の原理による更に他の実施例の超音波
振動子の設置構造を示した図面である。

【図１５】本発明の原理により超音波振動子の大口径パ
イプの円周の回りに配設して位置状態を示した図面であ
る。

【図１６】本発明の原理により超音波振動子の大口径パ
イプの円周の回りに配設して位置状態を示した図面であ
る。

【図１７】本発明の原理により超音波振動子から超音波
パルスの伝播方向を例示した図面である。

【図１８】本発明の原理により雑音除去回路を使用する
時、超音波パルス以外の不要信号を除去する状態を示し
た図面である。

【図１９】本発明の原理により超音波伝播時間を補償す
る原理を示した図面である。

【図２０】本発明の原理により超音波伝播時間を補償す
るため流量計回路での遅延時間を事前に測定する方法を
示した図面である。

【図２１】従来技術での、即ち超音波振動子をパイプの
外壁に設ける場合、遅延時間を事前に測定する方法を示
した図面である。

【図２２】本発明の原理により超音波振動子を距離（Δ
Ｌ）程度に移動させ得る構造を示した図面である。

【図２３】本発明の原理により多回線で超音波振動子等
がパイプ管に設けられた形状を示した図面である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白種承大韓民国大田市儒星区桃龍洞 431−６現代アパートメント 103− 402 (56)参考文献特開昭52−16261（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−29163（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−93012（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−120467（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パイプでいくつかの弦線上の流速を測定
する流速測定回線を構成し、該弦線上の流速を測定し、
それを近似積分して流体断面の平均流速を計算して流量
を演算する超音波多回線流量測定方法において、断面平
均流速計算の精度を高める目的で直径線での流速を測定
する一つの回線を置き、他の回線は直径線の中心点から
左右の半径＋Ｒと−Ｒで、＋ＲではＲをｌ＝２Ｒ／（Ｎ
＋１）（Ｎは回線数）の間隔で分割した座標を通過する
弦線上の流速を測定する回線を選択し、又、−Ｒの方で
はパイプ内壁からｌ’＝ｌ／２に一つの回線の座標を、
他の回線はｌ’からｌ間隔で分割した座標を通過する弦
線上の流速を測定する回線の座標を選択すると共に＋Ｒ
側で測定した弦線上の流速を−Ｒ側のｌ，２ｌ，…の座
標に、又−Ｒ側で測定した弦線上の流速を＋Ｒ側にｌ／
２，ｌ＋ｌ／２，…の座標に互いに代入して流体断面の
平均流速を近似積分して流量を求めることを特徴とする
超音波流量測定方法。
【請求項２】前記弦線上の流速を超音波パルスの伝播
時間差又は周波数差式で測定する場合、流速測定精度を
高めるためにパイプを流体で充満して流速をＶ_s ＝０に
した後に多回線流量計を作動させて直径線上の流速を測
定する回線を構成する超音波振動子対の距離を超音波パ
ルスが伝播する時間ｔ_D を測定した後に前記振動子対の
一つをパイプ内に精密に測定した距離ΔＬほど挿入して
超音波パルス伝播時間ｔΔ_L を測定して流体での超音速
Ｃ_w を【数１】により計算し、このように求めた超音速Ｃ_wを前に測定
した時間ｔ_Dに掛算して直径線上の流速を測定する超音
波振動子対間の距離Ｌ_Dを【数２】により測定する段階；他の回線等で超音波振動子対間を超音波パルスが伝播す
る時間ｔ_i を測定して先に測定した超音速Ｃ_w に掛算し
て他の回線を構成する超音波振動子対間の距離Ｌ_i を【数３】（ｔ₀は流量計、振動子、ケーブル線などで発生する遅
延時間）で測定し、Ｌ_DとＬ_i を超音波多回線流量計の
流速演算装置に入力させた後、流量を測定するようにし
た請求項１記載の超音波流量測定方法。
【請求項３】パイプの口径が大きく流速も速い場合
は、流体が流れている時流速を測定する回線を作動させ
て超音波振動子対が互いに超音波パルスを発射して伝播
する時間ｔ_+i とｔ_-i を測定して超音速Ｃ’_wi を【数４】で計算し、流体が停止した時求めた超音速Ｃ_w と比べ
て、Ｃ_w ≠Ｃ’_wi になった時、最も正確な超音波振動
子対間の距離Ｌ_0i を【数５】で測定して超音波多回線流量計演算装置に入力すること
を特徴とする超音波振動子対間の距離測定方法。
【請求項４】パイプの円周の回りにいくつかの超音波
振動子対が設置されている超音波多回線流量測定装置に
おいて、パイプの断面から見ると超音波振動子対が直径
線を含む平面に一定の角度で導いた対角線がパイプ壁と
接する二点に超音波振動子対が配置され、前記平面の片
方には半径Ｒをｌ＝２Ｒ／（Ｎ＋１）に割った位置で形
成する平面等に、又、その他方ではパイプ壁からｌ’＝
ｌ／２の位置と、この位置からｌの間隔で形成される平
面に上記角度で導いた対角線がパイプ壁と接する点等に
超音波振動子対が配置され、直径部分に配置された超音
波振動子対の一つの胴体は他の胴体に比べて長く、胴体
がパイプ内に超音波振動子対を連結する線の方向に距離
ΔＬの間隔で往復可動に収納シリンダ内に装着され、該
シリンダはパイプ壁の孔に定着していることを特徴とす
る超音波多回線流量測定装置。