JP3048284B2 - 音響式管路長測定システムの音速校正装置 - Google Patents
音響式管路長測定システムの音速校正装置Info
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- JP3048284B2 JP3048284B2 JP5039532A JP3953293A JP3048284B2 JP 3048284 B2 JP3048284 B2 JP 3048284B2 JP 5039532 A JP5039532 A JP 5039532A JP 3953293 A JP3953293 A JP 3953293A JP 3048284 B2 JP3048284 B2 JP 3048284B2
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- sound velocity
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
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- G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating
- G01S7/52006—Means for monitoring or calibrating with provision for compensating the effects of temperature
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- Y10S367/902—Speed of sound compensation
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- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音波を利用して埋設管
等の管路の長さを測長する音響式管路長測定システムに
おいて、被測長管路の内部におけるガスの圧力、温度、
成分等による音速の変化を校正する音速校正装置に関す
るものである。
等の管路の長さを測長する音響式管路長測定システムに
おいて、被測長管路の内部におけるガスの圧力、温度、
成分等による音速の変化を校正する音速校正装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】地中に埋設されたガス管路などの配管は
長期間の敷設により管に腐食が発生したり、外力で損傷
する場合がある。このような場合には、補修工事を容易
にするため管路を掘削せずに埋設された状態のまま管の
内面を液状樹脂等でライニングして補修する工法が開発
されている。
長期間の敷設により管に腐食が発生したり、外力で損傷
する場合がある。このような場合には、補修工事を容易
にするため管路を掘削せずに埋設された状態のまま管の
内面を液状樹脂等でライニングして補修する工法が開発
されている。
【０００３】この工法の施工に際しては、補修管路の長
さに対し、管外から導入される樹脂の量が多いと樹脂が
無駄に浪費されたり、また樹脂の量が少ないとライニン
グが不十分になる。そこで、この補修工法の施工に際し
ては補修すべき埋設管の長さを正確に測定することが必
要となる。
さに対し、管外から導入される樹脂の量が多いと樹脂が
無駄に浪費されたり、また樹脂の量が少ないとライニン
グが不十分になる。そこで、この補修工法の施工に際し
ては補修すべき埋設管の長さを正確に測定することが必
要となる。
【０００４】上述の測定手段として、従来より、図１に
示すような音響式管路長測定システムが開発されてい
る。この例は、道路下の地中に埋設されている本管２９
から需要先に引き込まれた供内管２８の管路を測長する
場合を示しており、供内管２８（以下測長管路という）
の末端は地上に延びてその上端に取り付けてあるガスメ
ータ１５を取り外すことにより、測長管路２８の地上開
口部に、音波測長器２１の接続本体１６を取り付けてい
る。
示すような音響式管路長測定システムが開発されてい
る。この例は、道路下の地中に埋設されている本管２９
から需要先に引き込まれた供内管２８の管路を測長する
場合を示しており、供内管２８（以下測長管路という）
の末端は地上に延びてその上端に取り付けてあるガスメ
ータ１５を取り外すことにより、測長管路２８の地上開
口部に、音波測長器２１の接続本体１６を取り付けてい
る。
【０００５】図２は、音波測長器２１と接続本体１６の
詳細を示す説明図である。測長管路２８の地上開口部に
ネジ１６ａを介して固定される接続本体１６には、その
中に測長管路２８の管内にパルス状の音波を送出する発
音手段２５と、測長管路２８の接続部、開放部、ベンド
部などで反射したパルス状の音波を集音する集音手段２
６とが備えられている。音波測長器２１は、その内部に
ＣＰＵ２２、メモリ２４、表示器２３、Ｄ／Ａ変換器１
９、増幅器１７、増幅器１８、Ａ／Ｄ変換器２０を備え
ている。発音手段２５は、ＣＰＵ２２からの指令に基づ
いてＤ／Ａ変換器１９によりアナログ信号となり、増幅
器１７で増幅されたパルス音波信号により測長管路２８
の内部にパルス状の音波を送出する。一方、集音手段２
６は、測長管路２８の接続部、開放部、ベンド部等で反
射したパルス状の音波を集音して増幅器１８に入力し、
増幅した後にＡ／Ｄ変換器２０でデジタル信号化してＣ
ＰＵ２２に入力する。ＣＰＵ２２は、内部の計時回路に
より音波を発してから受信するまでの時間を測定し、管
路長に換算して表示器２３に表示する。メモリ２４に
は、測長管路２８内における気体（空気，天然ガス等）
の音速データを記憶してあり、測定時の温度を温度セン
サー（サーミスター）で測定し、測定にかかるガスの種
類、温度等によってスイッチＳを切り替え、温度等によ
る音速の変化に対応して基準となる音速を設定する。
詳細を示す説明図である。測長管路２８の地上開口部に
ネジ１６ａを介して固定される接続本体１６には、その
中に測長管路２８の管内にパルス状の音波を送出する発
音手段２５と、測長管路２８の接続部、開放部、ベンド
部などで反射したパルス状の音波を集音する集音手段２
６とが備えられている。音波測長器２１は、その内部に
ＣＰＵ２２、メモリ２４、表示器２３、Ｄ／Ａ変換器１
９、増幅器１７、増幅器１８、Ａ／Ｄ変換器２０を備え
ている。発音手段２５は、ＣＰＵ２２からの指令に基づ
いてＤ／Ａ変換器１９によりアナログ信号となり、増幅
器１７で増幅されたパルス音波信号により測長管路２８
の内部にパルス状の音波を送出する。一方、集音手段２
６は、測長管路２８の接続部、開放部、ベンド部等で反
射したパルス状の音波を集音して増幅器１８に入力し、
増幅した後にＡ／Ｄ変換器２０でデジタル信号化してＣ
ＰＵ２２に入力する。ＣＰＵ２２は、内部の計時回路に
より音波を発してから受信するまでの時間を測定し、管
路長に換算して表示器２３に表示する。メモリ２４に
は、測長管路２８内における気体（空気，天然ガス等）
の音速データを記憶してあり、測定時の温度を温度セン
サー（サーミスター）で測定し、測定にかかるガスの種
類、温度等によってスイッチＳを切り替え、温度等によ
る音速の変化に対応して基準となる音速を設定する。
【０００６】この音響式管路長測定システムによれば、
音波が、測長管路２８の管内における接続部、開放部、
ベンド部等からそれぞれ特有の反射波となって戻るた
め、音速と反射波が戻るまでの時間の積から測長管路２
８の接続部、開放部、ベンド部までの距離が埋設状態の
まま把握できる。
音波が、測長管路２８の管内における接続部、開放部、
ベンド部等からそれぞれ特有の反射波となって戻るた
め、音速と反射波が戻るまでの時間の積から測長管路２
８の接続部、開放部、ベンド部までの距離が埋設状態の
まま把握できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、正確な
管路長を求めるためには、その管路内の音速値が正確に
知られなければならないが、周知のように管路内の音速
は、管路内におけるガス温度、ガス成分等により大きく
変化する。そのため、従来、上述の音響式管路長測定シ
ステムにより管路長を求めようとする場合には、都市ガ
ス用の埋設ガス管の場合、該ガスの種類ごとに、管路中
と同一圧力下で０度乃至３０度の温度の場合の音速を１
乃至数度刻みで予め計測しておいて、音速と温度、ガス
成分との相関関係をメモリ２４に記憶しておき、これを
スイッチＳで呼び出すか、或いは相関関係を示す数式を
求め、実際の測定時にガスの温度を測定してその温度に
基づき測定値を補正演算しなければならなかった。
管路長を求めるためには、その管路内の音速値が正確に
知られなければならないが、周知のように管路内の音速
は、管路内におけるガス温度、ガス成分等により大きく
変化する。そのため、従来、上述の音響式管路長測定シ
ステムにより管路長を求めようとする場合には、都市ガ
ス用の埋設ガス管の場合、該ガスの種類ごとに、管路中
と同一圧力下で０度乃至３０度の温度の場合の音速を１
乃至数度刻みで予め計測しておいて、音速と温度、ガス
成分との相関関係をメモリ２４に記憶しておき、これを
スイッチＳで呼び出すか、或いは相関関係を示す数式を
求め、実際の測定時にガスの温度を測定してその温度に
基づき測定値を補正演算しなければならなかった。
【０００８】そのために、測定に際しては、ガスの温度
の測定や、スイッチＳの操作等が必要となり、測定操作
が面倒な上、また測定誤差により正確さも期し難い等の
問題点があった。
の測定や、スイッチＳの操作等が必要となり、測定操作
が面倒な上、また測定誤差により正確さも期し難い等の
問題点があった。
【０００９】本発明は、上述の従来の音響式管路長測定
システムを用いて管路の長さを測定する際に、被測定物
である管路内のガスの温度、ガス成分その他不知の誤差
要因により生ずる測定誤差を一切なくして直接、管路長
を正確に測定し得る音速校正装置を提供することを目的
とする。
システムを用いて管路の長さを測定する際に、被測定物
である管路内のガスの温度、ガス成分その他不知の誤差
要因により生ずる測定誤差を一切なくして直接、管路長
を正確に測定し得る音速校正装置を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、管路の一端より当該管路内にパルス状の
音波を送出する発音手段と、上記管路の一端において管
路他端で反射したパルス状の音波を集音する集音手段
と、パルス状の音波が送出されてから集音されるまでの
時間と管路内の音速値とから管路の管路長を測定する測
定器とを備えた音響式管路長測定システムにおいて、前
記管路の一端に、予め長さが計測された一定長さの音速
校正パイプをコイル状に巻回して管路内と連通状態に接
続し、該音速校正パイプの他端に前記管路長測定システ
ムを設けてなることを特徴とする。
め、本発明は、管路の一端より当該管路内にパルス状の
音波を送出する発音手段と、上記管路の一端において管
路他端で反射したパルス状の音波を集音する集音手段
と、パルス状の音波が送出されてから集音されるまでの
時間と管路内の音速値とから管路の管路長を測定する測
定器とを備えた音響式管路長測定システムにおいて、前
記管路の一端に、予め長さが計測された一定長さの音速
校正パイプをコイル状に巻回して管路内と連通状態に接
続し、該音速校正パイプの他端に前記管路長測定システ
ムを設けてなることを特徴とする。
【００１１】また本発明は、上記音速校正パイプに対
し、被測長管路の内部におけるガスを導入、充填し得る
ように測長システム側にパージ用バルブを備えたことを
特徴とするものである。
し、被測長管路の内部におけるガスを導入、充填し得る
ように測長システム側にパージ用バルブを備えたことを
特徴とするものである。
【００１２】
【作用】本発明によれば、管路長の測定に際して、測定
システムと被測長管路との間には、予め長さが計測され
た一定長さの音速校正パイプが管路内と連通状態に接続
されていて、このパイプ内に管路内部のガスが導入、充
填される。
システムと被測長管路との間には、予め長さが計測され
た一定長さの音速校正パイプが管路内と連通状態に接続
されていて、このパイプ内に管路内部のガスが導入、充
填される。
【００１３】この状態で、測定作業を従来と同様にして
行うと、測定される最初の反射波は測長管路の一端部と
音速校正パイプとの接続部より反射されて戻る反射波で
あるから、予め正確に分かっている音速校正パイプの長
さに対する当該ガス中の音速が（音速校正パイプの長さ
×２）÷（音速校正パイプの音波の発信から受信までの
往復時間）であることが分かる。この音速は、被測長管
路の内部におけるガスそのものの音速であるから、ガス
成分，温度等の変化による補正を一切行う必要はない。
したがって、そのまま音波による測定を行えば、管路の
正確な測長が行える。
行うと、測定される最初の反射波は測長管路の一端部と
音速校正パイプとの接続部より反射されて戻る反射波で
あるから、予め正確に分かっている音速校正パイプの長
さに対する当該ガス中の音速が（音速校正パイプの長さ
×２）÷（音速校正パイプの音波の発信から受信までの
往復時間）であることが分かる。この音速は、被測長管
路の内部におけるガスそのものの音速であるから、ガス
成分，温度等の変化による補正を一切行う必要はない。
したがって、そのまま音波による測定を行えば、管路の
正確な測長が行える。
【００１４】さらに、実際にはガス中の音速自体に関係
なく、管路の長さは（音速校正パイプの長さ）÷（音速
校正パイプの音波の発信から受信までの往復時間）×
（被測長管路の音波の発信から受信までの往復時間）と
なることは明らかであるから、測定に際し、被測定物で
ある管路内のガスの温度、圧力、ガス成分その他不知の
誤差要因について一切考慮する必要がない。
なく、管路の長さは（音速校正パイプの長さ）÷（音速
校正パイプの音波の発信から受信までの往復時間）×
（被測長管路の音波の発信から受信までの往復時間）と
なることは明らかであるから、測定に際し、被測定物で
ある管路内のガスの温度、圧力、ガス成分その他不知の
誤差要因について一切考慮する必要がない。
【００１５】なお、音速校正パイプは上述のように接続
したまま管路測長を行い、音速校正パイプの長さ分を減
算してもよいし、音速校正パイプを取り外して既知とな
ったガス内の音速に基づき、或いは音速校正パイプ内を
音波が往復する時間に基づき管路測長を行えばよい。
したまま管路測長を行い、音速校正パイプの長さ分を減
算してもよいし、音速校正パイプを取り外して既知とな
ったガス内の音速に基づき、或いは音速校正パイプ内を
音波が往復する時間に基づき管路測長を行えばよい。
【００１６】また、一定の長さを必要とする音速校正パ
イプを巻回状に形成することで、音波を途中で反射させ
ることなく、運搬時の持ち運び、あるいは使用時の取り
扱いに便がよくなる。
イプを巻回状に形成することで、音波を途中で反射させ
ることなく、運搬時の持ち運び、あるいは使用時の取り
扱いに便がよくなる。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図３は、本発明に係る音速校正パイプ１
０を備えた音響式管路長測定システムの概略図である。
音速校正パイプ１０は、その先端に備えた接続器１２を
着脱ハンドル１３により測長管路２８（供内管）の端部
に接続してあり、この音速校正パイプ１０の他端には、
発音手段４と集音手段５及び手動により開閉操作される
パージ用バルブ１４を備えた接続本体１が固着されてい
る。発音手段４及び集音手段５は従来と同様に音波測長
器３に接続されている。
いて説明する。図３は、本発明に係る音速校正パイプ１
０を備えた音響式管路長測定システムの概略図である。
音速校正パイプ１０は、その先端に備えた接続器１２を
着脱ハンドル１３により測長管路２８（供内管）の端部
に接続してあり、この音速校正パイプ１０の他端には、
発音手段４と集音手段５及び手動により開閉操作される
パージ用バルブ１４を備えた接続本体１が固着されてい
る。発音手段４及び集音手段５は従来と同様に音波測長
器３に接続されている。
【００１８】音速校正パイプ１０は一定の正確な長さ、
例えば３ｍ〜１０ｍの長さを必要とし、途中で音波を反
射しないようになっていればどのような形でもよいが、
運搬や使用時の便を考慮すると、図３のようにコイル状
に巻回しておくのが好ましい。音速校正パイプ１０と接
続本体１との接続は図３のように固定しておいてもよい
が、先端部と同様に接続部７にハンドル１３を備えた接
続器１２を設けてワンタッチで着脱できる構成としても
よい。
例えば３ｍ〜１０ｍの長さを必要とし、途中で音波を反
射しないようになっていればどのような形でもよいが、
運搬や使用時の便を考慮すると、図３のようにコイル状
に巻回しておくのが好ましい。音速校正パイプ１０と接
続本体１との接続は図３のように固定しておいてもよい
が、先端部と同様に接続部７にハンドル１３を備えた接
続器１２を設けてワンタッチで着脱できる構成としても
よい。
【００１９】音速校正パイプ１０の使用に際しては、そ
の先端を接続器１２により測長管路２８に接続し、パー
ジ用バルブ１４を開放して測長管路２８内のガスを音速
校正パイプ１０内に導入し、十分音速校正パイプ１０内
の空気を追い出し音速校正パイプ１０内にガスが置換充
填されたらパージ用バルブ１４を閉じる。すると音速校
正パイプ１０内のガスは、測長管路２８内のガスと同
種、同温、同圧のガスであるから、音速校正パイプ１０
内の音速は、測長管路２８内の音速と全く同一条件とな
る。この状態で、従来と同様にして管路長を測定すれ
ば、最初の反射波は音速校正パイプ１０の先端部すなわ
ち接続器１２部分からのものとなるから、音速校正パイ
プ１０の全長と最初の反射波が検出されるまでの時間は
比例する。接続器１２部分には特に音波の反射手段は不
要であるが、そこにバルブを設けて反射を確実にするよ
うにするとよい。
の先端を接続器１２により測長管路２８に接続し、パー
ジ用バルブ１４を開放して測長管路２８内のガスを音速
校正パイプ１０内に導入し、十分音速校正パイプ１０内
の空気を追い出し音速校正パイプ１０内にガスが置換充
填されたらパージ用バルブ１４を閉じる。すると音速校
正パイプ１０内のガスは、測長管路２８内のガスと同
種、同温、同圧のガスであるから、音速校正パイプ１０
内の音速は、測長管路２８内の音速と全く同一条件とな
る。この状態で、従来と同様にして管路長を測定すれ
ば、最初の反射波は音速校正パイプ１０の先端部すなわ
ち接続器１２部分からのものとなるから、音速校正パイ
プ１０の全長と最初の反射波が検出されるまでの時間は
比例する。接続器１２部分には特に音波の反射手段は不
要であるが、そこにバルブを設けて反射を確実にするよ
うにするとよい。
【００２０】図４は音波測長器３の回路図であって、音
波測長器３は従来のものと略同様であり、その内部にＣ
ＰＵ２２、メモリ３０、表示器２３、Ｄ／Ａ変換器１
９、増幅器１７、増幅器１８、Ａ／Ｄ変換器２０を備え
ている。発音手段４はＣＰＵ２２からの指令に基づいて
Ｄ／Ａ変換器１９でアナログ信号となり、増幅器１７で
増幅されたパルス音波信号により音速校正パイプ１０及
び測長管路２８の内部にパルス状の音波を送出し、一
方、集音手段５は音速校正パイプ１０及び測長管路２８
の接続部、開放部、ベンド部等で反射したパルス状の音
波を集音して増幅器１８に入力し、増幅してＡ／Ｄ変換
器２０でデジタル信号化してＣＰＵ２２に入力する。Ｃ
ＰＵ２２は、内部の計時回路により音波を発してから受
信するまでの時間を測定し、長さに換算して表示器２３
に表示する。メモリ３０には最初の反射波が検出される
までの時間を記憶し、ＣＰＵ２２で行う演算の基準値と
する。この基準値と測長管路２８内で生じた反射波が検
出される時間との比は、音速校正パイプ１０の長さと測
長管路２８内の反射波が生じた位置までの距離の比に等
しいから、測長管路２８内の反射波が生じた位置までの
距離は容易に演算でき、しかも測長管路２８内のガスの
種類、圧力、温度などによって変化するガス中の音速に
関する補正は不要となり、音速のデータを記憶するメモ
リは不要となる。
波測長器３は従来のものと略同様であり、その内部にＣ
ＰＵ２２、メモリ３０、表示器２３、Ｄ／Ａ変換器１
９、増幅器１７、増幅器１８、Ａ／Ｄ変換器２０を備え
ている。発音手段４はＣＰＵ２２からの指令に基づいて
Ｄ／Ａ変換器１９でアナログ信号となり、増幅器１７で
増幅されたパルス音波信号により音速校正パイプ１０及
び測長管路２８の内部にパルス状の音波を送出し、一
方、集音手段５は音速校正パイプ１０及び測長管路２８
の接続部、開放部、ベンド部等で反射したパルス状の音
波を集音して増幅器１８に入力し、増幅してＡ／Ｄ変換
器２０でデジタル信号化してＣＰＵ２２に入力する。Ｃ
ＰＵ２２は、内部の計時回路により音波を発してから受
信するまでの時間を測定し、長さに換算して表示器２３
に表示する。メモリ３０には最初の反射波が検出される
までの時間を記憶し、ＣＰＵ２２で行う演算の基準値と
する。この基準値と測長管路２８内で生じた反射波が検
出される時間との比は、音速校正パイプ１０の長さと測
長管路２８内の反射波が生じた位置までの距離の比に等
しいから、測長管路２８内の反射波が生じた位置までの
距離は容易に演算でき、しかも測長管路２８内のガスの
種類、圧力、温度などによって変化するガス中の音速に
関する補正は不要となり、音速のデータを記憶するメモ
リは不要となる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、音響式管路長測定シス
テムに簡単な構造の音波校正パイプを付加するだけで、
測長管路内のガスの温度、圧力、ガス成分の相違により
生ずる測定誤差を一切なくして管路長を正確に測定する
ことができる。
テムに簡単な構造の音波校正パイプを付加するだけで、
測長管路内のガスの温度、圧力、ガス成分の相違により
生ずる測定誤差を一切なくして管路長を正確に測定する
ことができる。
【００２２】また、管路内のガスの温度、圧力、ガス成
分の相違により生ずる音速の差を補正するために必要な
メモリ等が不要となり、音波測長器自体の構造を大巾に
簡単化できる。
分の相違により生ずる音速の差を補正するために必要な
メモリ等が不要となり、音波測長器自体の構造を大巾に
簡単化できる。
【図１】従来の音響式管路長測定システムの使用状態図
である。
である。
【図２】従来の音波測長器の説明図である。
【図３】本発明による音速校正パイプ１０を備えた音響
式管路長測定システムの概略図である。
式管路長測定システムの概略図である。
【図４】本発明の音波測長器の説明図である。
３ 音波測長器 ４ 発音手段 ５ 集音手段 １０ 音速校正パイプ １４ パージ用バルブ ２２ ＣＰＵ ２３ 表示器 ３０ メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−289520（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−297815（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−249515（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−278181（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−236421（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−501881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96
Claims (2)
- 【請求項１】 管路の一端より当該管路内にパルス状の
音波を送出する発音手段と、上記管路の一端において管
路他端で反射したパルス状の音波を集音する集音手段
と、パルス状の音波が送出されてから集音されるまでの
時間と管路内の音速値とから管路の管路長を測定する測
定器とを備えた音響式管路長測定システムにおいて、 前記管路の一端に、予め長さが計測された一定長さの音
速校正パイプをコイル状に巻回して管路内と連通状態に
接続し、 該音速校正パイプの他端に前記管路長測定システムを設
けてなることを特徴とする音響式管路長測定システムの
音速校正装置。 - 【請求項２】 前記音速校正パイプには、被測長管路の
内部に流通するガスを導入、充填し得るように測定シス
テム側にパージ用バルブを備えたことを特徴とする請求
項１記載の音響式管路長測定システムの音速校正装置。
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