JP3103264B2 - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
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- JP3103264B2 JP3103264B2 JP06053721A JP5372194A JP3103264B2 JP 3103264 B2 JP3103264 B2 JP 3103264B2 JP 06053721 A JP06053721 A JP 06053721A JP 5372194 A JP5372194 A JP 5372194A JP 3103264 B2 JP3103264 B2 JP 3103264B2
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Description
【０００５】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波流量計に関し、
より詳細には、反射方式の超音波流量計において、上流
側に湾曲管が配設され、流体の流れに偏流や旋回流が含
まれることによって生ずる誤差を補正し、正規の平均流
速にする器差補正装置を有する超音波流量計に関する。
より詳細には、反射方式の超音波流量計において、上流
側に湾曲管が配設され、流体の流れに偏流や旋回流が含
まれることによって生ずる誤差を補正し、正規の平均流
速にする器差補正装置を有する超音波流量計に関する。
【０００６】
【従来の技術】周知のように、超音波流量計は、被測定
流体を媒体とし、該被測定流体内に超音波を発射したと
き、流れにより超音波が変調されることを利用した可動
部を持たない推測形の流量計である。超音波流量計は、
流れを遮えぎる要素がないので、圧力損失が小さく、大
口径であっても超音波の送受波器を有する簡単な構成で
あるため、安価な流量計を提供することができる。
流体を媒体とし、該被測定流体内に超音波を発射したと
き、流れにより超音波が変調されることを利用した可動
部を持たない推測形の流量計である。超音波流量計は、
流れを遮えぎる要素がないので、圧力損失が小さく、大
口径であっても超音波の送受波器を有する簡単な構成で
あるため、安価な流量計を提供することができる。
【０００７】超音波流量計には、超音波が流体流れの順
方向と逆方向に発射されたときの超音波の伝播時間差か
ら流速を求める伝播速度差法や、流体内を流体と共に流
れる粒子に超音波を発射したとき、粒子から反射される
反射波が流速に比例して周波数変化を生ずることを利用
して流速を求めるドップラー法とに大別されるが、微粒
子が含まれない流体に対しては、通常、伝播速度差法の
超音波流量計が用いられる。
方向と逆方向に発射されたときの超音波の伝播時間差か
ら流速を求める伝播速度差法や、流体内を流体と共に流
れる粒子に超音波を発射したとき、粒子から反射される
反射波が流速に比例して周波数変化を生ずることを利用
して流速を求めるドップラー法とに大別されるが、微粒
子が含まれない流体に対しては、通常、伝播速度差法の
超音波流量計が用いられる。
【０００８】伝播速度差法による超音波流量計には、超
音波の送波器および受波器を流管に一対又は複数対配設
したものがあるが、一対の超音波送受波器を配設した基
本的な超音波流量計の超音波伝播の方式には、超音波が
流管の流れ軸を斜めに横切るように送受波する超音波送
受波器を対向する流管壁に配設された透過法と、流管壁
の流れ方向に所定距離離間して配設された超音波送受波
器間において、対向する管壁で反射されて送受波される
超音波の伝播速度差を求める反射法とがある。
音波の送波器および受波器を流管に一対又は複数対配設
したものがあるが、一対の超音波送受波器を配設した基
本的な超音波流量計の超音波伝播の方式には、超音波が
流管の流れ軸を斜めに横切るように送受波する超音波送
受波器を対向する流管壁に配設された透過法と、流管壁
の流れ方向に所定距離離間して配設された超音波送受波
器間において、対向する管壁で反射されて送受波される
超音波の伝播速度差を求める反射法とがある。
【０００９】透過法による超音波流量計は、超音波が反
射により減衰することが少なく、高感度な受波信号を得
ることができる。しかし、流体の流れの中に流管軸に直
角方向の流れ成分があると、同じ方向の速度成分をもつ
超音波の伝播速度に影響を与え、これが流速測定の誤差
要因となり、流速測定精度が低下する。これに対し、反
射法による超音波流量計では、流管軸に直角方向の流れ
成分影響は打ち消されて超音波の伝播速度に影響を与え
ることが少ない。
射により減衰することが少なく、高感度な受波信号を得
ることができる。しかし、流体の流れの中に流管軸に直
角方向の流れ成分があると、同じ方向の速度成分をもつ
超音波の伝播速度に影響を与え、これが流速測定の誤差
要因となり、流速測定精度が低下する。これに対し、反
射法による超音波流量計では、流管軸に直角方向の流れ
成分影響は打ち消されて超音波の伝播速度に影響を与え
ることが少ない。
【００１０】通常、推測式の流量計においては、流管軸
に軸対称な流速をもつ正規流速分布の流れを得るため
に、流量計の上流側に所定の整流装置を配設して偏流や
旋回流を取り除いて偏流や旋回流による流速誤差を取り
除いている。超音波流量計においては、流体流れの順方
向と逆方向に送受波される超音波が、流れに対し傾射し
た直線上を伝播するときの順方向と逆方向の伝播時間差
が計測される。しかし、流管内の流速分布は、レイノル
ズ数（Ｒｅ数）により変化するので、計測された伝播時
間差は平均流速に比例したものではなく、正確な流速を
求めるためには伝播時間差に対し、流速分布による補正
を必要とする。
に軸対称な流速をもつ正規流速分布の流れを得るため
に、流量計の上流側に所定の整流装置を配設して偏流や
旋回流を取り除いて偏流や旋回流による流速誤差を取り
除いている。超音波流量計においては、流体流れの順方
向と逆方向に送受波される超音波が、流れに対し傾射し
た直線上を伝播するときの順方向と逆方向の伝播時間差
が計測される。しかし、流管内の流速分布は、レイノル
ズ数（Ｒｅ数）により変化するので、計測された伝播時
間差は平均流速に比例したものではなく、正確な流速を
求めるためには伝播時間差に対し、流速分布による補正
を必要とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】反射法によって超音波
伝播速度を求める超音波流量計は、偏流だけがある場合
のように、超音波が伝播する伝播面上で流管軸に直角な
同一方向の流れ成分のみがある場合は、超音波伝播速度
の影響を小さくすることができるが、流管の軸に直角な
方向に互いに反対の流れ、例えば、旋回流がある場合
は、流れ影響を取り除くことができない。このため、超
音波流量計の上流側に偏流や旋回流を取り除くための管
長の長い規格された直管か、あるいは高価な整流装置を
取り付ける必要がある。このため、長い直管や整流装置
を取り付けるスペースのない場所に超音波流量計を配設
する場合は、高精度で流量測定することが不可能であっ
た。
伝播速度を求める超音波流量計は、偏流だけがある場合
のように、超音波が伝播する伝播面上で流管軸に直角な
同一方向の流れ成分のみがある場合は、超音波伝播速度
の影響を小さくすることができるが、流管の軸に直角な
方向に互いに反対の流れ、例えば、旋回流がある場合
は、流れ影響を取り除くことができない。このため、超
音波流量計の上流側に偏流や旋回流を取り除くための管
長の長い規格された直管か、あるいは高価な整流装置を
取り付ける必要がある。このため、長い直管や整流装置
を取り付けるスペースのない場所に超音波流量計を配設
する場合は、高精度で流量測定することが不可能であっ
た。
【００１２】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたも
ので、長い直管あるいは高価な整流装置を配設すること
なく、安価・高精度で流速又は流量を計測可能とする伝
播速度差方式の超音波流量計を提供することを目的とす
るものである。
ので、長い直管あるいは高価な整流装置を配設すること
なく、安価・高精度で流速又は流量を計測可能とする伝
播速度差方式の超音波流量計を提供することを目的とす
るものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）少くとも一つのベンドを有する上
流側の湾曲管に直管を接続した同一口径の流管と、前記
直管の管壁に流れ方向に所定間隔を隔てて配設された一
対の超音波送受波器と、該超音波送受波器の一方向から
発射され対向する流管壁に反射された超音波が他方側に
達する迄の流れの順方向と逆方向に伝播する伝播時間の
時間差に基づいて流体の流速または流量を求める超音波
流量計において、該超音波流量計により求められた流速
と、流管の口径と、流体の密度および粘度とに基づいて
レイノルズ数（Ｒｅ数）を演算するレイノルズ数演算手
段と、正規の流速分布で流れる流体の中を超音波が伝播
する伝播時間から求めた流速を平均流速に補正するため
のレイノルズ数補正係数を求める標準レイノルズ数特性
補正手段と、前記湾曲管のあるときの超音波の伝播時間
差から得られた流速を、湾曲管のない場合の流速に補正
するための流管形状補正係数を求める流管形状補正手段
と、前記超音波流量計により求められた流速に対し、演
算された前記Ｒｅ数における前記レイノルズ数補正係数
と流管形状補正係数とを乗算し、正規の流速または流量
を求める器差補正装置とからなること、更には、（２）
前記（１）において、前記流管の上流側の湾曲管を２重
ベンドとして前記超音波流量計により求められた未補正
の流速をＶ、演算されたレイノルズ数をＲｅとし、ａ,
ｂを定数、ｃ,ｄを湾曲管形状と、超音波流量計と湾曲
管との間の直管長により定められる定数としたとき、レ
イノルズ数補正係数Ｋ1を
成するために、（１）少くとも一つのベンドを有する上
流側の湾曲管に直管を接続した同一口径の流管と、前記
直管の管壁に流れ方向に所定間隔を隔てて配設された一
対の超音波送受波器と、該超音波送受波器の一方向から
発射され対向する流管壁に反射された超音波が他方側に
達する迄の流れの順方向と逆方向に伝播する伝播時間の
時間差に基づいて流体の流速または流量を求める超音波
流量計において、該超音波流量計により求められた流速
と、流管の口径と、流体の密度および粘度とに基づいて
レイノルズ数（Ｒｅ数）を演算するレイノルズ数演算手
段と、正規の流速分布で流れる流体の中を超音波が伝播
する伝播時間から求めた流速を平均流速に補正するため
のレイノルズ数補正係数を求める標準レイノルズ数特性
補正手段と、前記湾曲管のあるときの超音波の伝播時間
差から得られた流速を、湾曲管のない場合の流速に補正
するための流管形状補正係数を求める流管形状補正手段
と、前記超音波流量計により求められた流速に対し、演
算された前記Ｒｅ数における前記レイノルズ数補正係数
と流管形状補正係数とを乗算し、正規の流速または流量
を求める器差補正装置とからなること、更には、（２）
前記（１）において、前記流管の上流側の湾曲管を２重
ベンドとして前記超音波流量計により求められた未補正
の流速をＶ、演算されたレイノルズ数をＲｅとし、ａ,
ｂを定数、ｃ,ｄを湾曲管形状と、超音波流量計と湾曲
管との間の直管長により定められる定数としたとき、レ
イノルズ数補正係数Ｋ1を
【００１４】
【数３】
【００１５】配管形状補正係数Ｋ2を Ｋ2＝ｃ＋ｄlog（Ｒｅ） とし、補正された流速Ｖ0を Ｖ0＝Ｖ／(Ｋ1・Ｋ2) から求めること、更には、（３）２重ベンドを有する上
流側の湾曲管に直管が接続された口径の等しい流管と、
前記直管の管壁に、流れ方向に所定間隔を隔てて配設さ
れた一対の超音波送受波器と、該超音波送受波器の一方
向から発射され対向する流管壁に反射された超音波が、
他方側に達する迄の流れの順方向と逆方向に伝播する伝
播時間差に基づいて流体の流速または流量を求める超音
波流量計において、求められた未補正の流速をＶ、演算
されたレイノルズ数をＲｅとし、ｅ，ｆ，ｇを配管形状
や湾曲管と超音波流量計との間の直管の長さにより定め
られる定数としたとき、補正係数Ｋは、
流側の湾曲管に直管が接続された口径の等しい流管と、
前記直管の管壁に、流れ方向に所定間隔を隔てて配設さ
れた一対の超音波送受波器と、該超音波送受波器の一方
向から発射され対向する流管壁に反射された超音波が、
他方側に達する迄の流れの順方向と逆方向に伝播する伝
播時間差に基づいて流体の流速または流量を求める超音
波流量計において、求められた未補正の流速をＶ、演算
されたレイノルズ数をＲｅとし、ｅ，ｆ，ｇを配管形状
や湾曲管と超音波流量計との間の直管の長さにより定め
られる定数としたとき、補正係数Ｋは、
【００１６】
【数４】
【００１７】とし、補正された流速Ｖ0を Ｖ0＝Ｖ／Ｋ から求めることを特徴としたものである。
【００１８】
【作用】伝播速度差方式の超音波流量計において、超音
波流量計を配設する直管の上流に、少くとも一つの湾曲
管を有する湾曲配管がある場合、配管形状が定まれば、
流体の流速分布はＲｅ数に応じて一定に変化することに
着目して、流体流のＲｅ数を演算し、演算により求めら
れたＲｅ数により、Ｒｅ数の関数として与えられる充分
長い直管長で計測したとき行われる周知の流速補正を超
音波流量信号に施し、更にＲｅ数により変化する流管形
状による補正を施すことにより、長い直管や整流装置な
しでも高精度に流速又は流量を計測する。
波流量計を配設する直管の上流に、少くとも一つの湾曲
管を有する湾曲配管がある場合、配管形状が定まれば、
流体の流速分布はＲｅ数に応じて一定に変化することに
着目して、流体流のＲｅ数を演算し、演算により求めら
れたＲｅ数により、Ｒｅ数の関数として与えられる充分
長い直管長で計測したとき行われる周知の流速補正を超
音波流量信号に施し、更にＲｅ数により変化する流管形
状による補正を施すことにより、長い直管や整流装置な
しでも高精度に流速又は流量を計測する。
【００１９】
実施例１（請求項１に対応） 図１は、本発明による超音波流量計の一実施例を説明す
るためのブロック図であり、図中、１は直管、２は湾曲
管、３,４は超音波送受波器、５は流速検出装置、６は
器差補正装置、７は出力装置である。
るためのブロック図であり、図中、１は直管、２は湾曲
管、３,４は超音波送受波器、５は流速検出装置、６は
器差補正装置、７は出力装置である。
【００２０】図１において、口径がＤの直管で矢印Ｖ方
向に流体が流れる直管１の上流側には、少くとも一つの
ベンド（図においては２重ベンド）２ａを有する湾曲管
２が接続されている。直管１の管壁には、矢印Ｖで示す
流れ方向に所定間隔を隔てて一対の超音波送受波器３,
４が配設されており、直管１と超音波送受波器３,４と
により超音波流量計が構成される。超音波送受波器３,
４は、同一のもので、一方が超音波の送波器となったと
き、他方が受波器となり、超音波送受波器３,４は、矢
印の実線と点線で示すように、流体流れの順方向と逆方
向に向けて交互に送波と受波とを繰り返す。このとき、
送波された超音波は、超音波送受波器３,４の中間位置
と対向する位置の管壁１ａで反射される。
向に流体が流れる直管１の上流側には、少くとも一つの
ベンド（図においては２重ベンド）２ａを有する湾曲管
２が接続されている。直管１の管壁には、矢印Ｖで示す
流れ方向に所定間隔を隔てて一対の超音波送受波器３,
４が配設されており、直管１と超音波送受波器３,４と
により超音波流量計が構成される。超音波送受波器３,
４は、同一のもので、一方が超音波の送波器となったと
き、他方が受波器となり、超音波送受波器３,４は、矢
印の実線と点線で示すように、流体流れの順方向と逆方
向に向けて交互に送波と受波とを繰り返す。このとき、
送波された超音波は、超音波送受波器３,４の中間位置
と対向する位置の管壁１ａで反射される。
【００２１】超音波の送受波器３,４から管壁１ａで反
射されて送受波された超音波信号は、流速検出装置５に
入力され、周知の超音波の伝播速度差法に基づいて流速
が検出される。このときの流速信号は、超音波送受波器
３と管壁１ａと超音波送受波器４とを結ぶ直線間の平均
流速信号であり、流管１内を所定の流速分布をもって流
れる流体の平均流速をあらわすものではない。
射されて送受波された超音波信号は、流速検出装置５に
入力され、周知の超音波の伝播速度差法に基づいて流速
が検出される。このときの流速信号は、超音波送受波器
３と管壁１ａと超音波送受波器４とを結ぶ直線間の平均
流速信号であり、流管１内を所定の流速分布をもって流
れる流体の平均流速をあらわすものではない。
【００２２】直管１内の流体流れの中には、湾曲管２に
より生じた流体の２次流に基づく旋回流および偏流が含
まれており、超音波の伝播路となる流体の流れの中に
は、Ｒｅ数に従って変化する直管１の軸方向の流れの他
に、Ｒｅ数により変化する上記の旋回流と偏流が含まれ
ている。
より生じた流体の２次流に基づく旋回流および偏流が含
まれており、超音波の伝播路となる流体の流れの中に
は、Ｒｅ数に従って変化する直管１の軸方向の流れの他
に、Ｒｅ数により変化する上記の旋回流と偏流が含まれ
ている。
【００２３】器差補正装置６は、流速検出装置５により
検出された偏流や旋回流を含む流速信号に対して補正を
施し、平均流速をあらわす流速信号を出力する装置であ
り、補正された流速信号は、出力装置７に入力される。
出力装置７では、目的とするアナログやディジタル等の
流量信号に変換されて出力される。器差補正装置６の例
を、図２に示す。
検出された偏流や旋回流を含む流速信号に対して補正を
施し、平均流速をあらわす流速信号を出力する装置であ
り、補正された流速信号は、出力装置７に入力される。
出力装置７では、目的とするアナログやディジタル等の
流量信号に変換されて出力される。器差補正装置６の例
を、図２に示す。
【００２４】図２は、本発明による超音波流量計に係る
器差補正装置の一実施例を説明するためのブロック図で
あり、図中、８はレイノルズ数演算回路、９は定数入力
部、１０は補正式メモリ、１１は補正係数演算回路、１
２は器差補正回路である。
器差補正装置の一実施例を説明するためのブロック図で
あり、図中、８はレイノルズ数演算回路、９は定数入力
部、１０は補正式メモリ、１１は補正係数演算回路、１
２は器差補正回路である。
【００２５】レイノルズ数演算回路８は、流体が超音波
流量計を流れているときのＲｅ数を演算する回路であ
る。この場合、Ｒｅ数は、代表長さと流速との積を動粘
度で除して得られる無次元数で、代表長さを流管径Ｄ、
流速Ｖを流速検出装置５により検出された偏流や旋回流
を含む誤差のある流速としたもので、動粘度νは流体の
粘性率ηを密度ρで割って得られる。
流量計を流れているときのＲｅ数を演算する回路であ
る。この場合、Ｒｅ数は、代表長さと流速との積を動粘
度で除して得られる無次元数で、代表長さを流管径Ｄ、
流速Ｖを流速検出装置５により検出された偏流や旋回流
を含む誤差のある流速としたもので、動粘度νは流体の
粘性率ηを密度ρで割って得られる。
【００２６】例えば、流体が性状が既知の気体であれ
ば、レイノルズ数演算回路８に入力される密度および粘
度信号は、流体の温度信号および圧力信号を入力するこ
とにより算出され、これより動粘度νが演算され、更
に、前記口径Ｄと流速Ｖとにより、Ｒｅ数が演算され
る。流体が性状既知の液体の場合は、温度信号により動
粘度νおよびＲｅ数が演算され、演算されたＲｅ数は補
正係数演算回路１１に入力される。
ば、レイノルズ数演算回路８に入力される密度および粘
度信号は、流体の温度信号および圧力信号を入力するこ
とにより算出され、これより動粘度νが演算され、更
に、前記口径Ｄと流速Ｖとにより、Ｒｅ数が演算され
る。流体が性状既知の液体の場合は、温度信号により動
粘度νおよびＲｅ数が演算され、演算されたＲｅ数は補
正係数演算回路１１に入力される。
【００２７】一方、器差補正回路１２は、流速検出装置
５により検出された流速信号Ｖに対して、補正係数Ｋを
乗算して補正演算を施し、正確な平均流速Ｖ0を得るた
めの回路である。補正係数Ｋは、補正式メモリ回路１０
にメモリされた実験式に基づいて得られたもので、Ｒｅ
数の関数で与えられる補正係数演算回路１１により演算
される。演算式に入力されるＲｅ数は、レイノルズ数演
算回路８より演算されたＲｅ数である。なお、演算式の
定数は、定数入力部９から入力され、補正式と共に補正
式メモリ回路１０にメモリされる。次に、以上の構成か
らなる超音波流量計の器差特性について説明する。
５により検出された流速信号Ｖに対して、補正係数Ｋを
乗算して補正演算を施し、正確な平均流速Ｖ0を得るた
めの回路である。補正係数Ｋは、補正式メモリ回路１０
にメモリされた実験式に基づいて得られたもので、Ｒｅ
数の関数で与えられる補正係数演算回路１１により演算
される。演算式に入力されるＲｅ数は、レイノルズ数演
算回路８より演算されたＲｅ数である。なお、演算式の
定数は、定数入力部９から入力され、補正式と共に補正
式メモリ回路１０にメモリされる。次に、以上の構成か
らなる超音波流量計の器差特性について説明する。
【００２８】図３は、反射式の超音波流量計の器差のレ
イノルズ数特性の一例を示すもので、横軸にＲｅ数（対
数）、縦軸に器差をとった実験値である。図３の器差特
性Ａは、流体が空気で、直管径と圧力をパラメータとし
て測定されたものである。超音波流量計の直管長が４０
Ｄであり、充分長い直管のため、旋回流や偏流が取り除
かれ、正規の乱流流速分布となっている。器差特性Ａ
は、Ｒｅ数が１０5を境として小Ｒｅ数域ではプラスに
漸増し、大Ｒｅ数域では僅かにマイナスとなり、略一定
の器差特性となっている。
イノルズ数特性の一例を示すもので、横軸にＲｅ数（対
数）、縦軸に器差をとった実験値である。図３の器差特
性Ａは、流体が空気で、直管径と圧力をパラメータとし
て測定されたものである。超音波流量計の直管長が４０
Ｄであり、充分長い直管のため、旋回流や偏流が取り除
かれ、正規の乱流流速分布となっている。器差特性Ａ
は、Ｒｅ数が１０5を境として小Ｒｅ数域ではプラスに
漸増し、大Ｒｅ数域では僅かにマイナスとなり、略一定
の器差特性となっている。
【００２９】図３の器差・Ｒｅ数特性曲線によると、上
流に充分長い直管長があり、流管内の流体の流速が正規
の分布を示している場合は、反射式の超音波流量計にお
いても透過式の場合と同様に器差補正が可能であること
を示している。器差特性Ａに対して、Prandtl による器
差特性Ｂおよび Rothfus ＆ Monradによる器差特性Ｃを
示したが、これらは、透過法によるものである。反射式
の器差特性Ａは、器差特性Ｂ,Ｃの中間に位置してい
る。
流に充分長い直管長があり、流管内の流体の流速が正規
の分布を示している場合は、反射式の超音波流量計にお
いても透過式の場合と同様に器差補正が可能であること
を示している。器差特性Ａに対して、Prandtl による器
差特性Ｂおよび Rothfus ＆ Monradによる器差特性Ｃを
示したが、これらは、透過法によるものである。反射式
の器差特性Ａは、器差特性Ｂ,Ｃの中間に位置してい
る。
【００３０】図４は、上流側に湾曲管があるときの図３
の器差・Ｒｅ数特性曲線を基準として得られた偏差・Ｒ
ｅ数特性曲線である。図４によると、湾曲管から超音波
流量計までの直管長が定まれば、偏差と対数Ｒｅ数との
関係は、直線であらわされるから、図３で得られた器差
補正結果に対し、上流側の湾曲管の形状により定まる器
差補正を施すことが可能であることを示す。
の器差・Ｒｅ数特性曲線を基準として得られた偏差・Ｒ
ｅ数特性曲線である。図４によると、湾曲管から超音波
流量計までの直管長が定まれば、偏差と対数Ｒｅ数との
関係は、直線であらわされるから、図３で得られた器差
補正結果に対し、上流側の湾曲管の形状により定まる器
差補正を施すことが可能であることを示す。
【００３１】すなわち、実施例１によると、上流側に少
くとも一つの湾曲管がある場合でも、配管形状が定めら
れると、流体の流速分布はＲｅ数の関数として一義的に
定められることを示しており、配管形状による器差補正
が可能である。この結果、従来のように、長い直管や整
流装置により整流して流体の流れを正規流速分布に直し
てから、超音波流量計により流速又は流量を計測する必
要がなくなり、配管スペースが小さい場合でも、長い直
管や整流装置の不要な安価な超音波流量計とすることが
できる。
くとも一つの湾曲管がある場合でも、配管形状が定めら
れると、流体の流速分布はＲｅ数の関数として一義的に
定められることを示しており、配管形状による器差補正
が可能である。この結果、従来のように、長い直管や整
流装置により整流して流体の流れを正規流速分布に直し
てから、超音波流量計により流速又は流量を計測する必
要がなくなり、配管スペースが小さい場合でも、長い直
管や整流装置の不要な安価な超音波流量計とすることが
できる。
【００３２】実施例２（請求項２に対応） 図３，図４に示すように、超音波流量計の上流側に２重
ベンドの湾曲管がある場合は、図３に示した上流直管長
が充分長く、正規の流速分布となったときに超音波流量
計流速信号を平均流速信号に補正を施こすための標準レ
イノルズ数特性補正係数Ｋ1と、更に標準レイノルズ数
補正係数Ｋ1により補正された流速信号に対し、上流側
に湾曲管がある場合の配管形状補正係数Ｋ2による補正
を施すことにより、正確な平均流速Ｖ0が得られること
を示す。すなわち、 Ｖ0＝Ｖ／(Ｋ1・Ｋ2) （１） で示される。
ベンドの湾曲管がある場合は、図３に示した上流直管長
が充分長く、正規の流速分布となったときに超音波流量
計流速信号を平均流速信号に補正を施こすための標準レ
イノルズ数特性補正係数Ｋ1と、更に標準レイノルズ数
補正係数Ｋ1により補正された流速信号に対し、上流側
に湾曲管がある場合の配管形状補正係数Ｋ2による補正
を施すことにより、正確な平均流速Ｖ0が得られること
を示す。すなわち、 Ｖ0＝Ｖ／(Ｋ1・Ｋ2) （１） で示される。
【００３３】このとき、標準レイノルズ数補正係数Ｋ1
は、
は、
【００３４】
【数５】
【００３５】配管形状補正係数Ｋ2は、 Ｋ2＝ｃ＋ｄ ｌog（Ｒｅ） （３） ここで、ｃ,ｄは、湾曲管形状と、超音波流量計と湾曲
管との間の直管長により定められる定数である。
管との間の直管長により定められる定数である。
【００３６】（１）式の標準レイノルズ数補正係数Ｋ1
および配管形状補正係数Ｋ2の式は、予め補正式メモリ
１０に記憶されており、レイノルズ数演回路８により演
算して得られたＲｅ数が補正係数演算回路１１に入力さ
れ、（２）,（３）式に基づいて標準レイノルズ数補正
係数Ｋ1，配管形状補正係数Ｋ2が演算され、器差補正回
路１２により（１）式に基づいて補正後の平均流速Ｖ0
が演算される。
および配管形状補正係数Ｋ2の式は、予め補正式メモリ
１０に記憶されており、レイノルズ数演回路８により演
算して得られたＲｅ数が補正係数演算回路１１に入力さ
れ、（２）,（３）式に基づいて標準レイノルズ数補正
係数Ｋ1，配管形状補正係数Ｋ2が演算され、器差補正回
路１２により（１）式に基づいて補正後の平均流速Ｖ0
が演算される。
【００３７】実施例２によれば、実施例１を具体化した
もので、実施例１と同様に長い直管や整流装置を必要と
せず、超音波流量計を精度低下させることなしに、簡単
な配管により小さいスペースにでも配設することができ
る。
もので、実施例１と同様に長い直管や整流装置を必要と
せず、超音波流量計を精度低下させることなしに、簡単
な配管により小さいスペースにでも配設することができ
る。
【００３８】実施例３（請求項３に対応） 実施例１,２において説明した器差レイノルズ数補正
は、まず、超音波信号を正規分布に対する補正を施し、
これに対し、配管形状の補正を施すものであるが、流体
の流れは配管形状が定まればＲｅ数の関数として一義的
に定められるという原則によると、予め配管形状により
定められる一つの補正係数をもって器差補正が可能とな
る。
は、まず、超音波信号を正規分布に対する補正を施し、
これに対し、配管形状の補正を施すものであるが、流体
の流れは配管形状が定まればＲｅ数の関数として一義的
に定められるという原則によると、予め配管形状により
定められる一つの補正係数をもって器差補正が可能とな
る。
【００３９】図５は、本発明による超音波流量計の他の
実施例を説明するための器差・Ｒｅ数特性を示すもの
で、横軸にＲｅ数（対数）、縦軸に器差をとってあり、
超音波流量計の上流に直管部１０Ｄ，２５Ｄを隔てて平
面２重エルボの接続された配管での器差・Ｒｅ数特性を
示す。
実施例を説明するための器差・Ｒｅ数特性を示すもの
で、横軸にＲｅ数（対数）、縦軸に器差をとってあり、
超音波流量計の上流に直管部１０Ｄ，２５Ｄを隔てて平
面２重エルボの接続された配管での器差・Ｒｅ数特性を
示す。
【００４０】図５に示した器差・Ｒｅ数特性曲線によれ
ば、上流直管部が２５Ｄの器差・Ｒｅ数特性曲線Ｆと、
上流直管部が１０Ｄの器差・Ｒｅ数特性曲線とは、平行
に離間した曲線であり、図３，図４に示した器差・Ｒｅ
数特性曲線を合成した形になっている。
ば、上流直管部が２５Ｄの器差・Ｒｅ数特性曲線Ｆと、
上流直管部が１０Ｄの器差・Ｒｅ数特性曲線とは、平行
に離間した曲線であり、図３，図４に示した器差・Ｒｅ
数特性曲線を合成した形になっている。
【００４１】従って、超音波流速信号Ｖに対する補正係
数は一つでよく、補正係数をＫとすると、 Ｖ0＝Ｖ／Ｋ （４） により補正された平均流速Ｖ0が得られる。このときの
補正係数Ｋは、図５に示した曲線から得られた実験式
数は一つでよく、補正係数をＫとすると、 Ｖ0＝Ｖ／Ｋ （４） により補正された平均流速Ｖ0が得られる。このときの
補正係数Ｋは、図５に示した曲線から得られた実験式
【００４２】
【数６】
【００４３】により与えられる。（５）式でのｅ,ｆ,ｇ
は、配管形状や湾曲管と超音波流量計との間の直管の長
さにより定められる定数である。
は、配管形状や湾曲管と超音波流量計との間の直管の長
さにより定められる定数である。
【００４４】補正係数Ｋを定める実験式（５）は、補正
式メモリ１０に記憶され、レイノルズ数演算回路８によ
り演算して得られたＲｅ数を補正係数演算回路１１に入
力して、補正係数Ｋを演算し、器差補正回路１２により
（４）式に基づいて補正された平均流速Ｖ0が演算され
る。
式メモリ１０に記憶され、レイノルズ数演算回路８によ
り演算して得られたＲｅ数を補正係数演算回路１１に入
力して、補正係数Ｋを演算し、器差補正回路１２により
（４）式に基づいて補正された平均流速Ｖ0が演算され
る。
【００４５】実施例３によれば、一つの補正係数Ｋを演
算して求めるだけであるから、実施例１,２と同様の効
果が得られるとともに、実施例１,２の場合に比べて、
より簡単に補正された平均流速を得ることができる。
算して求めるだけであるから、実施例１,２と同様の効
果が得られるとともに、実施例１,２の場合に比べて、
より簡単に補正された平均流速を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下の効果が得られる。請求項１,２に対応
する効果：超音波流量計の上流に湾曲管がある場合の超
音波流量計の器差は、充分長い直管長がある場合の正規
流速分布をもつ流れに対して行う器差・Ｒｅ数に基づ
く、予め実験等により求められて記憶された補正式によ
る補正結果に対して、予め実験により求められた湾曲配
管だけによる器差・Ｒｅ数特性に基づく補正を施すこと
により、従来の上流に長い直管や整流装置が配設された
場合と同様の精度の流速信号が得られるので、長い直管
や整流装置が不要となり、安価で省スペースの流量計測
が可能となる。請求項３に対応する効果：請求項１,２
に対応する効果に加え、補正係数が一つであるから、請
求項１,２に対し演算が更に容易となる。
によれば、以下の効果が得られる。請求項１,２に対応
する効果：超音波流量計の上流に湾曲管がある場合の超
音波流量計の器差は、充分長い直管長がある場合の正規
流速分布をもつ流れに対して行う器差・Ｒｅ数に基づ
く、予め実験等により求められて記憶された補正式によ
る補正結果に対して、予め実験により求められた湾曲配
管だけによる器差・Ｒｅ数特性に基づく補正を施すこと
により、従来の上流に長い直管や整流装置が配設された
場合と同様の精度の流速信号が得られるので、長い直管
や整流装置が不要となり、安価で省スペースの流量計測
が可能となる。請求項３に対応する効果：請求項１,２
に対応する効果に加え、補正係数が一つであるから、請
求項１,２に対し演算が更に容易となる。
【図１】 本発明による超音波流量計の一実施例を説明
するためのブロック図である。
するためのブロック図である。
【図２】 本発明による超音波流量計に係る器差補正装
置の一実施例を説明するためのブロック図である。
置の一実施例を説明するためのブロック図である。
【図３】 反射式の超音波流量計の器差のレイノルズ数
特性の一例を示す図である。
特性の一例を示す図である。
【図４】 上流側に湾曲管があるときの図３の器差・Ｒ
ｅ数特性曲線を基準として得られた偏差・Ｒｅ数特性曲
線である。
ｅ数特性曲線を基準として得られた偏差・Ｒｅ数特性曲
線である。
【図５】 本発明による超音波流量計の他の実施例を説
明するための器差・Ｒｅ数特性を示す図である。
明するための器差・Ｒｅ数特性を示す図である。
１…直管、２…湾曲管、３,４…超音波送受波器、５…
流速検出装置、６…器差補正装置、７…出力装置、８…
レイノルズ数演算回路、９…定数入力部、１０…補正式
メモリ、１１…補正係数演算回路、１２…器差補正回
路。
流速検出装置、６…器差補正装置、７…出力装置、８…
レイノルズ数演算回路、９…定数入力部、１０…補正式
メモリ、１１…補正係数演算回路、１２…器差補正回
路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−137713（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−25919（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/66 - 1/66 103
Claims (3)
- 【請求項１】 少くとも一つのベンドを有する上流側の
湾曲管に直管を接続した同一口径の流管と、前記直管の
管壁に流れ方向に所定間隔を隔てて配設された一対の超
音波送受波器と、該超音波送受波器の一方向から発射さ
れ対向する流管壁に反射された超音波が他方側に達する
迄の流れの順方向と逆方向に伝播する伝播時間の時間差
に基づいて流体の流速または流量を求める超音波流量計
において、該超音波流量計により求められた流速と、流
管の口径と、流体の密度および粘度とに基づいてレイノ
ルズ数（Ｒｅ数）を演算するレイノルズ数演算手段と、
正規の流速分布で流れる流体の中を超音波が伝播する伝
播時間から求めた流速を平均流速に補正するためのレイ
ノルズ数補正係数を求める標準レイノルズ数特性補正手
段と、前記湾曲管のあるときの超音波の伝播時間差から
得られた流速を、湾曲管のない場合の流速に補正するた
めの流管形状補正係数を求める流管形状補正手段と、前
記超音波流量計により求められた流速に対し、演算され
た前記Ｒｅ数における前記レイノルズ数補正係数と流管
形状補正係数とを乗算し、正規の流速または流量を求め
る器差補正装置とからなることを特徴とする超音波流量
計。 - 【請求項２】 前記流管の上流側の湾曲管を２重ベンド
として前記超音波流量計により求められた未補正の流速
をＶ、演算されたレイノルズ数をＲｅとし、ａ,ｂを定
数、ｃ,ｄを湾曲管形状と、超音波流量計と湾曲管との
間の直管長により定められる定数としたとき、 レイノルズ数補正係数Ｋ1を 【０００１】 【数１】 【０００２】配管形状補正係数Ｋ2を Ｋ2＝ｃ＋ｄlog（Ｒｅ） とし、補正された流速Ｖ0を Ｖ0＝Ｖ／(Ｋ1・Ｋ2) から求めることを特徴とする請求項１記載の超音波流量
計。 - 【請求項３】 ２重ベンドを有する上流側の湾曲管に直
管が接続された口径の等しい流管と、前記直管の管壁
に、流れ方向に所定間隔を隔てて配設された一対の超音
波送受波器と、該超音波送受波器の一方向から発射され
対向する流管壁に反射された超音波が、他方側に達する
迄の流れの順方向と逆方向に伝播する伝播時間差に基づ
いて流体の流速または流量を求める超音波流量計におい
て、求められた未補正の流速をＶ、演算されたレイノル
ズ数をＲｅとし、ｅ，ｆ，ｇを配管形状や湾曲管と超音
波流量計との間の直管の長さにより定められる定数とし
たとき、 補正係数Ｋは、 【０００３】 【数２】 【０００４】とし、補正された流速Ｖ0を Ｖ0＝Ｖ／Ｋ から求めることを特徴とする超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06053721A JP3103264B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06053721A JP3103264B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260532A JPH07260532A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3103264B2 true JP3103264B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=12950701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06053721A Expired - Fee Related JP3103264B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3103264B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016217737A (ja) * | 2015-05-14 | 2016-12-22 | 株式会社キーエンス | 超音波流量スイッチ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007051913A (ja) * | 2005-08-17 | 2007-03-01 | Tokyo Keiso Co Ltd | 超音波流量計の補正方法 |
| JP4949892B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2012-06-13 | 高砂熱学工業株式会社 | 流量計測方法および流量計測用治具 |
| CN102809740B (zh) * | 2012-07-17 | 2014-10-08 | 暨南大学 | 一种电能表的安装纠错装置及其纠错方法 |
| JP6309405B2 (ja) | 2014-09-05 | 2018-04-11 | アズビル株式会社 | 超音波流量計及び流量の計測方法 |
| EP4273512A1 (de) * | 2022-05-04 | 2023-11-08 | Levitronix GmbH | Ultraschall-messsystem und messröhre für ein solches |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP06053721A patent/JP3103264B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016217737A (ja) * | 2015-05-14 | 2016-12-22 | 株式会社キーエンス | 超音波流量スイッチ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07260532A (ja) | 1995-10-13 |
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