JP3136002B2 - Ultrasonic flow meter - Google Patents

Ultrasonic flow meter

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JP3136002B2
JP3136002B2 JP04265401A JP26540192A JP3136002B2 JP 3136002 B2 JP3136002 B2 JP 3136002B2 JP 04265401 A JP04265401 A JP 04265401A JP 26540192 A JP26540192 A JP 26540192A JP 3136002 B2 JP3136002 B2 JP 3136002B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、超音波流量計に関し、より詳細
には、内径が不明なもしくは公称値が分からない流管に
一対の超音波素子を装着した反射形の超音波流量計に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic flow meter, and more particularly, to a reflection type ultrasonic flow meter in which a pair of ultrasonic elements are mounted on a flow tube whose inner diameter is unknown or whose nominal value is unknown.

【0002】[0002]

【従来技術】超音波流量計には、測定流体中に超音波を
発射したとき、流体流速に重畳して伝播する超音波の伝
播速度の変化から流速を測定する超音波流速計を利用し
た伝播時間差方式、および、測定流体中に含まれ、測定
流体の流速と略等して速度で流れる気泡粒子に周波数一
定の超音波を所定角度で発射した場合、発射した超音波
が、粒子速度に応じたドップラーシフトを受けることを
利用した超音波ドップラー方式のものがあり、これらの
方式の超音波流量計が主流をなしている。伝播時間差方
式の超音波流量計では、測定流体中に粒子が含まれない
ことが必要であるが、ドップラー方式のものでは粒子が
なければ流量測定ができないので、粒子が含まれていな
い測定流体の流量測定では伝播時間差方式の超音波流量
計が使用される。
2. Description of the Related Art An ultrasonic flowmeter uses an ultrasonic flowmeter which measures a flow velocity from a change in the propagation velocity of an ultrasonic wave which is superimposed on a fluid flow velocity when ultrasonic waves are emitted into a measurement fluid. When a constant frequency ultrasonic wave is emitted at a predetermined angle to the bubble particles contained in the measurement fluid and flowing at a speed substantially equal to the flow velocity of the measurement fluid, the emitted ultrasonic wave depends on the particle velocity. There is an ultrasonic Doppler system that utilizes the effect of receiving a Doppler shift, and ultrasonic flow meters of these systems are the mainstream. In the ultrasonic flow meter of the propagation time difference type, it is necessary that the measurement fluid does not contain particles.However, in the case of the Doppler type, the flow rate cannot be measured without particles, so that the measurement fluid without particles is used. In the flow rate measurement, an ultrasonic flow meter of a propagation time difference type is used.

【0003】伝播時間差方式の超音波流量計は、前述の
ように所定の流速で流れている測定流体中に超音波を正
逆方向に発射したときの伝播時間差から流量を求めるも
のであるから超音波の測定流体中の超音波伝播速度及び
超音波伝播距離が知られていなければならない。超音波
の伝播速度、すなわち音速は測定流体の種類や温度によ
って変化するので、音速をパラメータとした超音波流量
計では、音速の変化は流量測定上大きい変動要因とな
る。このため、通常、測定上音速が介在しないような伝
播時間差の逆数差、即ち伝播周波数差を求める方式が適
用される。他方、超音波の伝播距離は、流管径が明らか
でないと求めることはできず伝播距離の誤差は流量誤差
をもたらす。流管通常配管では、流管の正確な寸法は明
らかではなく、特に既設配管に超音波送受器のみを設置
して流量計を構成する場合、正確な寸法測定は極めて困
難である。更には、長期間使用された流管内部は腐触さ
れて、その分内径が変化していることがある。このこと
は超音波伝播時間差方式の超音波流量計に対して適用さ
れるもので、反射形の超音波流量計の場合も同様であ
る。
[0003] The ultrasonic flow meter of the propagation time difference method is for obtaining the flow rate from the propagation time difference when the ultrasonic waves are emitted in the forward and reverse directions into the measurement fluid flowing at a predetermined flow rate as described above. The ultrasonic wave propagation speed and ultrasonic wave propagation distance in the measurement fluid of the sound wave must be known. Since the propagation speed of the ultrasonic wave, that is, the sound speed changes depending on the type and temperature of the fluid to be measured, in an ultrasonic flowmeter using the sound speed as a parameter, the change in the sound speed is a large fluctuation factor in flow measurement. For this reason, usually, a method of obtaining the reciprocal difference of the propagation time difference, that is, the propagation frequency difference, which does not involve the sound velocity in the measurement, is applied. On the other hand, the propagation distance of the ultrasonic wave cannot be determined unless the flow tube diameter is clear, and an error in the propagation distance causes a flow rate error. The exact dimensions of the flow tube are not clear in the normal flow tube, and it is extremely difficult to measure the exact size, especially when the flow meter is constructed by installing only the ultrasonic transmitter / receiver in the existing piping. Furthermore, the inside of a flow tube used for a long period of time may be corroded, and the inner diameter may be changed accordingly. This applies to the ultrasonic flow meter of the ultrasonic propagation time difference type, and the same applies to the reflection type ultrasonic flow meter.

【0004】[0004]

【目的】本発明は、上述の実情に鑑みなされたもので、
従来、管の内径を使用して音速を求める方法は知られて
いるが、測定により、流管内での超音波の音速を求める
ことにより、流管内径が不明の場合でも、流管内径を正
確に求めて、超音波伝播距離の不正確さによる流量誤差
のない反射形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。
[Object] The present invention has been made in view of the above circumstances,
Conventionally, a method of determining the sound velocity using the inner diameter of a pipe is known, but by measuring the sound velocity of ultrasonic waves in the flow pipe, accurate measurement of the inner diameter of the flow pipe is possible even when the inner diameter of the flow pipe is unknown. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a reflection type ultrasonic flowmeter having no flow error due to inaccuracy of the ultrasonic propagation distance.

【0005】図6は、従来の反射形の超音波流量計の原
理を説明するための図で、21は流管、22,23はト
ランスデューサの取付筒、24はトランスデューサA、
25はトランスデューサB、26は超音波反射面であ
る。尚、この反射面は特別に取りつけるものでなくても
よく、説明のために付加してある。
FIG. 6 is a view for explaining the principle of a conventional reflection type ultrasonic flowmeter. Reference numeral 21 denotes a flow tube, reference numerals 22 and 23 denote a mounting cylinder of a transducer, reference numeral 24 denotes a transducer A,
25 is a transducer B, and 26 is an ultrasonic reflecting surface. The reflecting surface does not need to be specially mounted, and is added for explanation.

【0006】図において、流管21は内径Dで流管21
の軸方向壁面に所定距離を隔て、取付筒22,23が配
設され、この取付筒22内には超音波を送受波するトラ
ンスデューサA、取付筒23内にはトランスデューサB
が配設されている。トランスデューサA,B内には圧電
素子が装着されており、このトランスデューサA,B何
れの一方から流管21の軸に対して角度φの発射角で超
音波が発射され超音波反射面26で反射され、他のトラ
ンスデューサB,Aの何れかで受波される。いま、測定
流体が矢印方向に流速Vで流れているとすると、流速V
は、下記(1)式で求められる。
In the drawing, a flow tube 21 has an inner diameter D and a flow tube 21.
Mounting cylinders 22 and 23 are disposed at a predetermined distance from each other in the axial wall surface, and a transducer A for transmitting and receiving ultrasonic waves is provided in the mounting cylinder 22, and a transducer B is provided in the mounting cylinder 23.
Are arranged. A piezoelectric element is mounted in each of the transducers A and B. Ultrasonic waves are emitted from one of the transducers A and B at an emission angle of an angle φ with respect to the axis of the flow tube 21 and reflected by the ultrasonic reflecting surface 26. The signal is received by one of the other transducers B and A. Now, assuming that the measurement fluid is flowing at the flow velocity V in the direction of the arrow, the flow velocity V
Is obtained by the following equation (1).

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】である。しかし、(1),(2)式から明
らかなように、流管の内径Dが不明の場合は流速Vを求
めることはできない。
[0008] However, as is apparent from the equations (1) and (2), the flow velocity V cannot be obtained when the inner diameter D of the flow tube is unknown.

【0009】[0009]

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
超音波素子が装着され、流管管壁の軸方向に既知の間隔
を隔てて配設された一対のトランスデューサを有し、該
超音波素子の何れか一方から対向する管壁に所定発射角
度で流れの正逆方向に発射した超音波の反射波が他方の
超音波素子に受信されるまでの時間差に基いて流量を求
める反射形の超音波流量計において、前記既知の間隔を
伝播する超音波の伝播時間から前記流体内の音速を求め
る音速測定手段と、測定された音速から、一方の超音波
素子から対向する管壁に所定発射角度で発射され、その
反射波が他方の超音波素子に受信されるまでの超音波の
伝播距離を算出する超音波伝播距離算出手段と、該算出
された超音波伝播距離と、前記既知の間隔とから前記超
音波発射角度を算出する超音波発射角度算出手段と、
算出された超音波発射角度及び前記超音波伝播距離より
流管内径を算出する前記流管内径算出手段とを有し、測
定された音速と超音波伝播距離と超音波発射角及び流管
内径とに基いて流量を求めること、更には、(2)前記
(1)において、前記超音波素子を装着したトランスデ
ューサを、流量測定するために超音波発射角度で配設さ
れた流量測定超音波素子と、音速測定するために流管軸
に直角に配設された音速測定超音波素子と、該音速測定
超音波素子と流量測定超音波素子とを一体に収納するト
ランスデューサ筐体とで構成したこと、更には、(3)
前記(1)において、前記超音波素子を装着したトラン
スデューサを、超音波素子部と、保持部と、前記超音波
素子を流量測定のための超音波発射角度及び音速測定の
ための流管軸に直角な角度とに回転切換可能に支持する
支持部とで構成したこと、更には、(4)前記(1)に
おいて、前記既知の間隔を伝播する超音波の伝播時間と
して、前記一対の超音波素子から各々発射される該超音
波素子間を流れの正方向及び逆方向に直接伝播する超音
波の副極波の伝播時間の平均値を用いたことを特徴とす
るものである。以下、本発明の実施例に基いて説明す
る。
To achieve the above object, the present invention provides (1)
An ultrasonic element is mounted, and has a pair of transducers arranged at a known interval in the axial direction of the flow tube wall, and a predetermined launch angle is applied to a tube wall facing from one of the ultrasonic elements. In a reflection type ultrasonic flowmeter that determines a flow rate based on a time difference until a reflected wave of an ultrasonic wave emitted in the forward and reverse directions of the flow is received by the other ultrasonic element, the ultrasonic wave propagating at the known interval Sound velocity measuring means for determining the sound velocity in the fluid from the propagation time of the fluid, and one ultrasonic wave from the measured sound velocity
Fired at a predetermined firing angle from the element to the opposing tube wall,
The greater the ultrasonic propagation distance calculating means for reflected waves to calculate the ultrasonic propagation distance to be received in the other of the ultrasonic element, and the ultrasonic propagation distance issued the calculated and the known distance
Ultrasound firing angle calculating means for calculating the acoustic firing angle, the
The flow tube inner diameter calculating means for calculating the flow tube inner diameter from the calculated ultrasonic launch angle and the ultrasonic propagation distance , and the measured sound velocity, ultrasonic propagation distance, ultrasonic launch angle and flow tube inner diameter Toransude determining the flow rate based, furthermore, (2) in the (1), equipped with the ultrasonic element
The Yusa, a flow rate measuring ultrasonic element disposed in the ultrasound firing angle for flow measurement, the sound velocity measuring ultrasonic element disposed at right angles to the flow tube axis in order to speed-of-sound measurement, the sound speed measuring greater (3) a transducer housing which integrally houses the ultrasonic element and the flow rate measuring ultrasonic element; and (3)
In the (1), Trang equipped with the ultrasonic element
A transducer that supports the ultrasonic element so that the ultrasonic element can be rotationally switched to an angle perpendicular to the flow tube axis for measuring the ultrasonic emission angle and the velocity of sound for measuring the flow rate and the ultrasonic element. (4) In (1), the propagation time of the ultrasonic wave propagating in the known interval and
Then , using the average value of the propagation time of the sub-polar wave of the ultrasonic wave directly propagated in the forward and reverse directions of the flow between the ultrasonic elements emitted from the pair of ultrasonic elements, respectively. Is what you do. Hereinafter, a description will be given based on an example of the present invention.

【0010】図1は、本発明における超音波流量計を説
明するための図で、図中、1は流管、2,3はトランス
デューサの取付筒、4はトランスデューサA、5は超音
波素子、6は支持ロッド、7はトランスデューサB、8
は超音波送受波面、9は支持ロッドである。
FIG. 1 is a view for explaining an ultrasonic flowmeter according to the present invention. In the figure, 1 is a flow tube, 2 and 3 are transducer mounting tubes, 4 is a transducer A, 5 is an ultrasonic element, 6 is a support rod, 7 is a transducer B, 8
Is an ultrasonic wave transmitting / receiving surface, and 9 is a support rod.

【0011】流管1は、内径D(不明)の管体で、管軸
に平行した管壁1a面には、予め正確に測定された中心
距離Mを隔てて取付筒2と3とが配設されており、取付
筒2内にはトランスデューサAが超音波素子5を超音波
反射面1bに向けた姿勢で支持ロッド6を介して取り付
けられている。同様に、取付筒3内にもトランスデュー
サBが超音波送受波面を超音波反射面10に向けた姿勢
で、支持ロッド9を介して取り付けられている。また、
トランスデューサA,Bは各々矢印の軸方向にYだけ移
動できるように取り付けられており超音波の送受波する
超音波素子5,8の中央の位置点P1,P2が超音波発射
の代表位置に定められている。また、点P1,P2は、流
量計測時は流管1の内壁面1aと同一線上にあり、図示
は音速計測時の位置を示す。
The flow tube 1 is a tube having an inner diameter D (unknown), and mounting tubes 2 and 3 are arranged on a surface of a tube wall 1a parallel to the tube axis with a center distance M accurately measured in advance. The transducer A is mounted in the mounting cylinder 2 via the support rod 6 in a posture in which the ultrasonic element 5 faces the ultrasonic reflecting surface 1b. Similarly, the transducer B is mounted in the mounting cylinder 3 via the support rod 9 with the ultrasonic wave transmitting / receiving surface facing the ultrasonic reflecting surface 10. Also,
The transducers A and B are mounted so as to be able to move by Y in the axial direction of the arrow, and the central position points P 1 and P 2 of the ultrasonic elements 5 and 8 for transmitting and receiving ultrasonic waves are representative positions of ultrasonic emission. Stipulated. The points P 1 and P 2 are on the same line as the inner wall surface 1a of the flow tube 1 when measuring the flow rate, and the illustration shows the positions when measuring the speed of sound.

【0012】図において、測定流体が矢印方向に流速V
で流れているとする。図示のトランスデューサA,Bを
流管軸に向けて引き下げた位置で、超音波をトランスデ
ューサAからトランスデューサBに流れの順方向に向け
て送波する。この間の時間をt1とする。次にトランス
デューサBからAに流れの逆方向に向けて超音波を発射
したときの時間をt2とする。このときの平均伝播時間
は(t1+t2)/2であるから 音速C=2M/(t1+t2) (3) である。流速V=0のときは何れか一方向の超音波伝播
時間tをとれば音速計測手段(図示せず)により音速C
が求められる。
In the figure, the flow rate of the measured fluid is V in the direction of the arrow.
Let's say it is flowing. At the position where the illustrated transducers A and B are pulled down toward the flow tube axis, ultrasonic waves are transmitted from the transducer A to the transducer B in the forward direction of the flow. The time during this period is defined as t 1 . Next, the time when the ultrasonic waves are emitted from the transducers B to A in the opposite direction of the flow is defined as t 2 . Since the average propagation time at this time is (t 1 + t 2 ) / 2, the sound speed C = 2M / (t 1 + t 2 ) (3). When the flow velocity V = 0, if the ultrasonic wave propagation time t in any one direction is taken, the sound velocity C is determined by the sound velocity measuring means (not shown).
Is required.

【0013】また、トランスデューサAからBまでの超
音波伝播時間tABおよびトランスデューサBからトラン
スデューサAまでの伝播時間tBA
The ultrasonic propagation time t AB from the transducers A to B and the propagation time t BA from the transducer B to the transducer A are

【0014】[0014]

【数2】 (Equation 2)

【0015】が得られ、(6)式に(3)式の音速Cを
代入すると超音波パス長さLが得られる。この演算は、
超音波伝播距離算出手段(図示せず)により求められ
る。
The ultrasonic path length L is obtained by substituting the sound velocity C of the equation (3) into the equation (6). This operation is
It is obtained by an ultrasonic wave propagation distance calculating means (not shown).

【0016】超音波パス長さL及びトランスデューサ
A,B間の距離Mが知られているから超音波発射角度算
出手段(図示せず)により超音波発射角φは、下記
(7)式より求められる。
Since the ultrasonic path length L and the distance M between the transducers A and B are known, the ultrasonic emission angle φ is determined by the ultrasonic emission angle calculation means (not shown) from the following equation (7). Can be

【0017】[0017]

【数3】 (Equation 3)

【0018】従って、(6),(7)より超音波パス長
さLおよび超音波発射角φが求められたので、前記
(1)式に代入することにより流体流速Vが求められ
る。尚、流速Vは流管1内で所定の流速分布をもってお
り、流速分布は流管1内を流れる流体のレイノルズ数R
eにより定められるので、流速Vはレイノルズ数Reに
よる補正を行う必要がある。レイノルズ数補正係数をK
とすると、流量Qは
Accordingly, since the ultrasonic path length L and the ultrasonic emission angle φ are obtained from (6) and (7), the fluid flow velocity V is obtained by substituting the equation (1). The flow velocity V has a predetermined flow velocity distribution in the flow tube 1, and the flow velocity distribution is based on the Reynolds number R of the fluid flowing in the flow tube 1.
Therefore, the flow velocity V needs to be corrected by the Reynolds number Re. K is the Reynolds number correction coefficient
Then, the flow rate Q is

【0019】[0019]

【数4】 (Equation 4)

【0020】により求められる。なお、流管1の内径D
は D=Lsinφ/2 (9) の演算を行って求められる。
[0020] The inner diameter D of the flow tube 1
Is obtained by performing the operation of D = Lsinφ / 2 (9).

【0021】図2は、本発明に係るトランスデューサの
構造の一例を説明するための図で、図中、10は音速測
定用圧電素子であり、図1と等しい作用をする部分に
は、図1と同一の参照番号を付している。トランスデュ
ーサ4は、流管1の軸に対して垂直なO−O軸に対して
角度φで超音波S1を発射する圧電素子からなる超音波
素子5と、音速測定用超音波S2を発射するO−O軸に
平行な音速測定超音波素子10とをトランスデューサ外
筐4a内に収納したものである。なお、トランスデュー
サ7も、超音波素子8をトランスデューサ4の超音波素
子5と対称的に配設された同一形状のトランスデューサ
である。
FIG. 2 is a view for explaining an example of the structure of the transducer according to the present invention. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a piezoelectric element for measuring the speed of sound. The same reference numerals as in FIG. The transducer 4 emits an ultrasonic element 5 composed of a piezoelectric element that emits an ultrasonic wave S 1 at an angle φ with respect to an OO axis perpendicular to the axis of the flow tube 1 and an ultrasonic wave S 2 for measuring sound velocity. The ultrasonic element 10 for measuring the speed of sound parallel to the OO axis is housed in the transducer outer casing 4a. The transducer 7 is also a transducer of the same shape in which the ultrasonic element 8 is disposed symmetrically with the ultrasonic element 5 of the transducer 4.

【0022】図3(a)(b)は、本発明によるトラン
スデューサの他の構造の例を説明するための図で、図
(a)は流速測定時、図(b)は音速測定時の状態を示
す図で、図中、11はトランスデューサの保持部、12
は超音波素子部、13は支持部、14は超音波素子、1
5はトランスデューサである。
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining another example of the structure of the transducer according to the present invention. FIG. 3A shows a state at the time of measuring a flow velocity, and FIG. In the figure, 11 is a holding part of the transducer, 12
Is an ultrasonic element part, 13 is a support part, 14 is an ultrasonic element, 1
5 is a transducer.

【0023】図において、トランスデューサ15は保持
部11と超音波素子部12と、超音波素子12を支持部
11に対して所定角度で回転可能に支持する支持部13
とより構成され、超音波素子部12内には、超音波S3
を発射する圧電素子等の超音波素子14が発射面12a
と平行して固着されている。
In the figure, a transducer 15 includes a holding unit 11, an ultrasonic element unit 12, and a support unit 13 for supporting the ultrasonic element 12 rotatably at a predetermined angle with respect to the support unit 11.
The ultrasonic element 12 includes an ultrasonic wave S 3
The ultrasonic element 14 such as a piezoelectric element that emits light
It is fixed in parallel with.

【0024】流量測定は、保持部11と超音波素子部と
が固着された(a)図の状態で使用されるが、流量測定
前(b)図の状態に支持部13まわりに超音波素子部1
2を回転して超音波素子12を流管1軸に直角な方向で
固定して前述の手段により音速を測定する。なお、流量
測定用の超音波素子駆動周波数と、音速測定用の超音波
素子駆動周波数とを素子寸法を選択することにより異な
る値にして測定精度向上を計ることができる。また、こ
の方式は反射形の超音波流量計にのみ適用するのではな
く、他の伝播時間差法の超音波流量計にも適用できる。
The flow rate measurement is used in the state shown in FIG. 3A in which the holding unit 11 and the ultrasonic element unit are fixed, but before the flow rate measurement is performed, the ultrasonic element around the support unit 13 is shown in the state shown in FIG. Part 1
2, the ultrasonic element 12 is fixed in a direction perpendicular to one axis of the flow tube, and the speed of sound is measured by the above-described means. The measurement accuracy can be improved by setting the ultrasonic element driving frequency for flow rate measurement and the ultrasonic element driving frequency for sound velocity measurement to different values by selecting the element dimensions. In addition, this method is applicable not only to the reflection type ultrasonic flow meter, but also to another ultrasonic flow meter of the propagation time difference method.

【0025】図4は、本発明における超音波流量計の、
更に他の実施例を説明するための図で、図中、Ps1
超音波の主極波、Ps2は第2副極波、Ps3は第3副極
波であり、図1と同じ作用する部分には図1と同一の参
照番号を付している。
FIG. 4 shows an ultrasonic flow meter according to the present invention.
FIG. 10 is a view for explaining still another embodiment, in which Ps 1 is a main pole wave of ultrasonic waves, Ps 2 is a second sub pole wave, and Ps 3 is a third sub pole wave, and is the same as FIG. The working parts are given the same reference numbers as in FIG.

【0026】一対の超音波素子4及び7からは、最も音
圧の高い主極波Ps1が素子面から直角方向に発射され
るが、この主極波Ps1の他に発射角を異にする第2副
極波Ps2および第3副極波Ps3が同時に発射される。
第2副極波Ps2や第3副極波Ps3は圧電素子の種類、
形状により異なるが、例えば、直径が10mmのPZT
(ジルコン酸チタン酸鉛)では主極波Ps1に対し第2
副極波Ps2は±25°、第3副極波Ps3は±45°の
角度をもって発射される。従って、超音波素子4及び7
を各々第3副極波Ps3が反対向きとなるように超音波
素子4と7とを流管1の軸に対してφAの角度で配設す
る。言い換えれば、超音波素子4から発射した第3副極
波Ps3が超音波素子7に直接受信され、超音波素子7
から発射した第3副極波Ps3が超音波素子4に直接受
信し、各々の第3副極波Ps3の流れ方向の伝播時間t
AB′及び流れに反対方向の伝播時間tBA′の平均時間t
0を求め、この平均時間t0で超音波素子4と7との間の
距離Mを除算すると、測定流体の音速が算出される。
[0026] The pair of ultrasonic elements 4 and 7, although the most sound high pressure main Gokunami Ps 1 is emitted perpendicularly from the element surface, different from the firing angle in addition to the main Gokunami Ps 1 The second sub-polar wave Ps 2 and the third sub-polar wave Ps 3 are simultaneously emitted.
The second sub-polar wave Ps 2 and the third sub-polar wave Ps 3 are the type of the piezoelectric element,
Depending on the shape, for example, PZT with a diameter of 10 mm
To (lead zirconate titanate) in Shukyokuha Ps 1 second
The sub-polar wave Ps 2 is emitted at an angle of ± 25 °, and the third sub-polar wave Ps 3 is emitted at an angle of ± 45 °. Therefore, the ultrasonic elements 4 and 7
Each third Fukukyokuha Ps 3 is disposed at an angle phi A and an ultrasonic element 4 and 7 so as to be opposite to the axis of the flow tube 1. In other words, the third sub-polar wave Ps 3 emitted from the ultrasonic element 4 is directly received by the ultrasonic element 7 and
From the third sub-polar wave Ps 3 is directly received by the ultrasonic element 4, and the propagation time t in the flow direction of each third sub-polar wave Ps 3
Average time t of AB 'and the propagation time tBA ' in the opposite direction to the flow
By finding 0 and dividing the distance M between the ultrasonic elements 4 and 7 by the average time t 0 , the sound velocity of the measurement fluid is calculated.

【0027】図5は、図4の超音波伝播時間を説明する
ための図で、横軸に時間t、縦軸に電圧Eをとってあ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining the ultrasonic wave propagation time in FIG. 4. The horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents voltage E.

【0028】時間t0で超音波素子4又は7に固有振動
数の駆動電圧を発振器(図示せず)から印加すると主極
波Ps1は、超音波反射板1bから反射され伝播距離L
は距離Mに比し大きく減衰率は大きくなるが主極波Ps
1のパワーが大きいので主極波Ps1の受信振幅Ps1
第3副極波に比し大きくなる。従って、超音波素子4又
は7を駆動してから第1主極波の伝播時間tAB又はtBA
を測定後、この伝播時間tAB又はtBAを基準時間、例え
ばT0を設定し、この基準時間T0以下の時間tAB′又は
BA′内に小振幅の第3副極波が受信されれば、この時
間tAB′又はtBA′が第3副極波の伝播時間として採用
される超音波伝播時間である。この方法によると、図
2,図3に示した特別の超音波素子又は構造をとること
なしに簡易に音速を測定することができる。
When a driving voltage having a natural frequency is applied from an oscillator (not shown) to the ultrasonic element 4 or 7 at time t 0 , the main pole wave Ps 1 is reflected from the ultrasonic reflecting plate 1b and propagates a distance L
Is larger than the distance M and the attenuation rate is larger, but the main pole wave Ps
Received amplitude Ps 1 Shukyokuha Ps 1 since 1 power is large increases compared to the third sub-electrode waves. Therefore, after driving the ultrasonic element 4 or 7, the propagation time t AB or t BA of the first main pole wave
After the measurement, the propagation time t AB or t BA is set to a reference time, for example, T 0, and the third sub-polar wave of small amplitude is received within the time t AB ′ or t BA ′ that is less than the reference time T 0. If so, this time t AB ′ or t BA ′ is the ultrasonic wave propagation time adopted as the propagation time of the third subpolar wave. According to this method, the speed of sound can be easily measured without using the special ultrasonic element or structure shown in FIGS.

【0029】[0029]

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、流管1の内径Dが不明もしくは公称値しか分からな
い場合でも、トランスデューサA,B間の距離Mが正し
く計測され配設されていれば、測定流体の音速Cが求め
られ、この音速Cと実際の測定における超音波の正逆方
向の伝播時間から超音波パス長さLが求められ、次に距
離Mと超音波パス長さLとから超音波発射角φが求めら
れ、この超音波発射角φと超音波パス長さLとから不明
だった流管内径Dが順次求められ、これらの構成に基い
て、流管の内径が不明もしくは公称値しか分からない場
合でも正確な流量が求められる。
As is clear from the above description, according to the present invention, even when the inner diameter D of the flow tube 1 is unknown or only the nominal value is known, the distance M between the transducers A and B is correctly measured and arranged. If so, the sound velocity C of the measurement fluid is obtained, the ultrasonic path length L is obtained from the sound velocity C and the propagation time of the ultrasonic wave in the forward and reverse directions in the actual measurement, and then the distance M and the ultrasonic path length are obtained. The ultrasonic emission angle φ is determined from the height L and the flow tube inner diameter D, which is unknown from the ultrasonic emission angle φ and the ultrasonic path length L, is sequentially determined. Even when the inner diameter is unknown or only the nominal value is known, an accurate flow rate is required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明における超音波流量計を説明するため
の図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining an ultrasonic flowmeter according to the present invention.

【図2】 本発明に係るトランスデューサの構造の一例
を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a structure of a transducer according to the present invention.

【図3】 本発明によるトランスデューサの他の構造の
例を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining another example of the structure of the transducer according to the present invention.

【図4】 本発明における超音波流量計の、更に他の実
施例を説明するための図である。
FIG. 4 is a view for explaining still another embodiment of the ultrasonic flow meter according to the present invention.

【図5】 図4の超音波伝播時間を説明するための図で
ある。
FIG. 5 is a diagram for explaining the ultrasonic wave propagation time in FIG. 4;

【図6】 従来の反射形の超音波流量計の原理を説明す
るための図である。
FIG. 6 is a view for explaining the principle of a conventional reflection type ultrasonic flowmeter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…流管、2,3…トランスデューサの取付筒、4…ト
ランスデューサA、5…超音波素子、6…支持ロッド、
7…トランスデューサB、8…超音波送受波面、9…支
持ロッド、10…音速測定用圧電素子、12…超音波素
子部、13…支持部、14…超音波素子、15…トラン
スデューサ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow tube, 2, 3 ... Transducer mounting cylinder, 4 ... Transducer A, 5 ... Ultrasonic element, 6 ... Support rod,
7 Transducer B, 8 Ultrasonic wave transmitting / receiving surface, 9 Support rod, 10 Piezoelectric element for measuring sound velocity, 12 Ultrasonic element section, 13 Support section, 14 Ultrasonic element, 15 Transducer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−233324(JP,A) 特開 昭61−120015(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/66 - 1/66 103 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-233324 (JP, A) JP-A-61-120015 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01F 1/66-1/66 103

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 超音波素子が装着され、流管管壁の軸方
向に既知の間隔を隔てて配設された一対のトランスデュ
ーサを有し、該超音波素子の何れか一方から対向する管
壁に所定発射角度で流れの正逆方向に発射した超音波の
反射波が他方の超音波素子に受信されるまでの時間差に
基いて流量を求める反射形の超音波流量計において、前
記既知の間隔を伝播する超音波の伝播時間から前記流体
内の音速を求める音速測定手段と、測定された音速か
、一方の超音波素子から対向する管壁に所定発射角度
で発射され、その反射波が他方の超音波素子に受信され
るまでの超音波の伝播距離を算出する超音波伝播距離算
出手段と、算出された超音波伝播距離と、前記既知の
間隔とから前記超音波発射角度を算出する超音波発射角
度算出手段と、該算出された超音波発射角度及び前記超
音波伝播距離より流管内径を算出する前記流管内径算出
手段とを有し、測定された音速と超音波伝播距離と超音
波発射角及び流管内径とに基いて流量を求めることを特
徴とする超音波流量計。
1. A tube wall having an ultrasonic element mounted thereon and having a pair of transducers arranged at a known interval in an axial direction of a flow tube wall, and a tube wall facing one of the ultrasonic elements. In the reflection type ultrasonic flowmeter for obtaining the flow rate based on the time difference until the reflected wave of the ultrasonic wave emitted in the forward and reverse directions of the flow at the predetermined emission angle is received by the other ultrasonic element, the known interval A sound velocity measuring means for determining the sound velocity in the fluid from the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the ultrasonic wave, and a predetermined launch angle from one ultrasonic element to the opposite tube wall from the measured sound velocity.
And the reflected wave is received by the other ultrasonic element.
And ultrasonic propagation distance calculating means for calculating the ultrasonic propagation distance to that, the ultrasonic propagation distance is the calculated, the ultrasonic firing angle calculating means for calculating said ultrasonic firing angle from said known intervals The calculated ultrasonic launch angle and the ultrasonic
And characterized by having a said flow tube inner diameter calculating means for calculating the flow tube inner diameter than the wave propagation distance, determining the flow rate based on the measured sound velocity and ultrasonic wave propagation distance and the ultrasonic firing angle and flow tube inner diameter Ultrasonic flow meter.
【請求項2】 前記超音波素子を装着したトランスデュ
ーサを、流量測定するために超音波発射角度で配設され
た流量測定超音波素子と、音速測定するために流管軸に
直角に配設された音速測定超音波素子と、該音速測定超
音波素子と流量測定超音波素子とを一体に収納するトラ
ンスデューサ筐体とで構成したことを特徴とする請求項
1記載の超音波流量計。
2. A transducer equipped with said ultrasonic element.
The p o, the flow rate measuring ultrasonic element disposed in the ultrasound firing angle for flow measurement, the sound velocity measuring ultrasonic element disposed at right angles to the flow tube axis in order to speed-of-sound measurement, the sound speed measuring 2. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein said ultrasonic flowmeter comprises an ultrasonic element and a transducer housing for integrally storing said ultrasonic element.
【請求項3】 前記超音波素子を装着したトランスデュ
ーサを、超音波素子部と、保持部と、前記超音波素子を
流量測定のための超音波発射角度及び音速測定のための
流管軸に直角な角度とに回転切換可能に支持する支持部
とで構成したことを特徴とした請求項1記載の超音波流
量計。
3. A transducer equipped with said ultrasonic element.
And a support for rotatably supporting the ultrasonic element in an ultrasonic element part, a holding part, and an angle perpendicular to a flow tube axis for measuring an ultrasonic emission angle and a sound velocity for measuring the flow rate of the ultrasonic element. 2. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the ultrasonic flowmeter comprises:
【請求項4】 前記既知の間隔を伝播する超音波の伝播
時間として、前記一対の超音波素子から各々発射される
該超音波素子間を流れの正方向及び逆方向に直接伝播す
る超音波の副極波の伝播時間の平均値を用いたことを
徴とする請求項1記載の超音波流量計。
4. The propagation of an ultrasonic wave propagating in said known interval.
As the time, the average value of the propagation times of the sub-polar waves of the ultrasonic waves directly propagating in the forward and reverse directions of the flow between the ultrasonic elements emitted from the pair of ultrasonic elements is used. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the ultrasonic flowmeter comprises:
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JP2008151806A (en) * 2008-03-07 2008-07-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fluid flowmeter
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CN101858762B (en) * 2010-05-19 2013-01-16 邓鲁坚 Tube wall reflection type ultrasonic flow sensor
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