JPH0527048B2 - - Google Patents
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- JPH0527048B2 JPH0527048B2 JP59018873A JP1887384A JPH0527048B2 JP H0527048 B2 JPH0527048 B2 JP H0527048B2 JP 59018873 A JP59018873 A JP 59018873A JP 1887384 A JP1887384 A JP 1887384A JP H0527048 B2 JPH0527048 B2 JP H0527048B2
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 35
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 15
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 34
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical compound Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、１対の発受信器により測定流体の流
れに対して順方向及び逆方向に放射された超音波
の伝達時間差により、測定流体の流速又は流量を
測定する超音波流量計に関するものである。
れに対して順方向及び逆方向に放射された超音波
の伝達時間差により、測定流体の流速又は流量を
測定する超音波流量計に関するものである。
更に詳述すれば、本発明は、１つの配管に多く
の種類の油を、その種類ごとに時間を異にして流
し、それぞれの油の流量を測定し得る超音波流量
計に関するものである。
の種類の油を、その種類ごとに時間を異にして流
し、それぞれの油の流量を測定し得る超音波流量
計に関するものである。
第１図は従来より一般に使用されている従来例
の構成説明図である。
の構成説明図である。
図において、１は測定流体の流れる配管、２
１，２２は管路１の外周面に設けられ、測定流体
の流れ方向においてずらされて設けられた一対の
超音波発・受信器〔以下、総称する場合には
「２」とする。〕である。２３，２４は配管１に取
付けられた超音波発受信器２１，２２をそれぞれ
収納する収納箱である。Ｄは配管１の内径、θは
２つの発受信器２１及び２２を結ぶ線と配管１の
断面とがなす角、即ち、音波の測定流体から配管
１への入射角、Ｖは被測定流体の流速である。
１，２２は管路１の外周面に設けられ、測定流体
の流れ方向においてずらされて設けられた一対の
超音波発・受信器〔以下、総称する場合には
「２」とする。〕である。２３，２４は配管１に取
付けられた超音波発受信器２１，２２をそれぞれ
収納する収納箱である。Ｄは配管１の内径、θは
２つの発受信器２１及び２２を結ぶ線と配管１の
断面とがなす角、即ち、音波の測定流体から配管
１への入射角、Ｖは被測定流体の流速である。
超音波発受信器により発受信する超音波パルス
が、流体中を通過する場合に、流速によつて生ず
る１往復の時間差を利用して流量Ｑを求めること
ができる。流速Ｖによつて生ずる周波数差ΔFは ΔF＝Vsin2θ／Ｄ ……(1) 流量Ｑは流速×断面積により求めることができ
るので、 Ｑ＝πD3／4sin2θ・ΔF ……(2) で示される。この式は、たとえば、実開昭53−
48685号公報ページ４の式(3)に示されている。
が、流体中を通過する場合に、流速によつて生ず
る１往復の時間差を利用して流量Ｑを求めること
ができる。流速Ｖによつて生ずる周波数差ΔFは ΔF＝Vsin2θ／Ｄ ……(1) 流量Ｑは流速×断面積により求めることができ
るので、 Ｑ＝πD3／4sin2θ・ΔF ……(2) で示される。この式は、たとえば、実開昭53−
48685号公報ページ４の式(3)に示されている。
(2)式において、配管の内径Ｄが一定で、かつ、
入射角θが一定であれば、周波数差ΔFを測定す
ることにより、流量Ｑを求めることができる。(1)
式における入射角θは、一般に測定流体中の音速
Ｃに関係する。流体が油の油中の音速Ｃは、油の
比重と温度によつて変化することが知られてい
る。したがつて、入射角θは一般に油の比重（油
種ごとに異なる）と温度の関数となる。
入射角θが一定であれば、周波数差ΔFを測定す
ることにより、流量Ｑを求めることができる。(1)
式における入射角θは、一般に測定流体中の音速
Ｃに関係する。流体が油の油中の音速Ｃは、油の
比重と温度によつて変化することが知られてい
る。したがつて、入射角θは一般に油の比重（油
種ごとに異なる）と温度の関数となる。
また、入射角θは、一般に音波が１つの物質か
ら他の物質へ伝播するとき、境界面で成立するス
ネルの屈折の法則と超音波発・受信器間の距離に
関する束縛条件から決る。第１図中に示す記号を
用いれば、 Γスネルの屈折の法則より sinθ／Ｃ＝sinθP／CP＝sinθS／CS ……(3) Γ束縛条件より Rtanθ＋tP・tanθP＋tStanθS＝Ｌ／２ ……(4) ここで CP；配管１の肉厚の音速 CS；収納箱２３，２４中の音速。
ら他の物質へ伝播するとき、境界面で成立するス
ネルの屈折の法則と超音波発・受信器間の距離に
関する束縛条件から決る。第１図中に示す記号を
用いれば、 Γスネルの屈折の法則より sinθ／Ｃ＝sinθP／CP＝sinθS／CS ……(3) Γ束縛条件より Rtanθ＋tP・tanθP＋tStanθS＝Ｌ／２ ……(4) ここで CP；配管１の肉厚の音速 CS；収納箱２３，２４中の音速。
θP；音波の配管１の肉厚中での屈折角
θS；音波の発射角
Ｒ；配管１の内半径（＝Ｄ／２）
tP；配管の肉厚
tS；発・受信器２１，２２から配管１表面までの
垂直距離。
垂直距離。
Ｌ；発・受信器２１，２２間の水平距離
Ｒ、tP、tS、CP、CSは配管１、収納箱２１，２
２の形状、材質から決る。Ｌを決定するとＣが一
定であればθは一定となる。
２の形状、材質から決る。Ｌを決定するとＣが一
定であればθは一定となる。
このようなものにおいては、水あるいは、１種
類の油のみを測定する場合においては、流量計の
目盛りを校正することにより水、あるいは、油の
流量を測定することができる。
類の油のみを測定する場合においては、流量計の
目盛りを校正することにより水、あるいは、油の
流量を測定することができる。
しかしながら、同一配管内に、多くの種類の油
を、その種類ごとに時間を異にして流し、それぞ
れの油の流量を測定する場合には、それぞれの油
の比重が異なり、また、時々刻々温度も変化する
ものとすると、測定流体中での、音速も変化する
ことになる、そこで比重と温度とによるスパン補
正が必要となる。
を、その種類ごとに時間を異にして流し、それぞ
れの油の流量を測定する場合には、それぞれの油
の比重が異なり、また、時々刻々温度も変化する
ものとすると、測定流体中での、音速も変化する
ことになる、そこで比重と温度とによるスパン補
正が必要となる。
したがつて従来装置においては、このような場
合には、正しい流量を測定することができない。
合には、正しい流量を測定することができない。
本発明は、この問題点を解決するものである。
本発明の目的は、スパンをオンライン補正出来
る超音波流量計を提供するにある。
る超音波流量計を提供するにある。
この目的を達成するために、測定流体の流れる
配管と、該配管の外周に設けられた二個の超音波
発受信器とを具備する超音波流量計において、測
定流体の比重に基づき測定流体の音速を演算する
音速演算手段と、該音速演算手段により演算され
た測定流体の音速に基づき前記超音波発受信器と
配管と測定流体間に成立するスネルの法則と二個
の超音波発受信器の距離による束縛条件に基づき
音波が測定流体から配管への入射角を演算してス
パン補正係数を計算する補正係数計算手段と、該
補正係数を測定流体の測定結果に補正演算する補
正演算手段とを具備したことを特徴とする超音波
流量計を構成したものである。
配管と、該配管の外周に設けられた二個の超音波
発受信器とを具備する超音波流量計において、測
定流体の比重に基づき測定流体の音速を演算する
音速演算手段と、該音速演算手段により演算され
た測定流体の音速に基づき前記超音波発受信器と
配管と測定流体間に成立するスネルの法則と二個
の超音波発受信器の距離による束縛条件に基づき
音波が測定流体から配管への入射角を演算してス
パン補正係数を計算する補正係数計算手段と、該
補正係数を測定流体の測定結果に補正演算する補
正演算手段とを具備したことを特徴とする超音波
流量計を構成したものである。
以下、実施例について説明する。
第２図は、本発明の一実施例の構成説明図であ
る。
る。
図において、第１図と同一記号は同一機能を示
す。
す。
以下、第１図と相違部分のみ説明する。
３は発受信基２１，２２の信号を受けてその信
号を補正するスパン補正器部である。スパン補正
器部３は第３図に示す如く、比重入力部３１、温
度入力部３２、音速演算手段３３、補正係数計算
手段３４、補正演算手段３５よりなる。比重入力
部３１には測定流体の比重Ｇがマニユアルで入力
される。温度入力部３２はマニユアルで、あるい
は、配管１に設けられた測温抵抗体Ｓからの温度
信号Ｔが入力される。４は、超音波発受信器２の
信号を変換してスパン補正器部３に加える変換部
である。
号を補正するスパン補正器部である。スパン補正
器部３は第３図に示す如く、比重入力部３１、温
度入力部３２、音速演算手段３３、補正係数計算
手段３４、補正演算手段３５よりなる。比重入力
部３１には測定流体の比重Ｇがマニユアルで入力
される。温度入力部３２はマニユアルで、あるい
は、配管１に設けられた測温抵抗体Ｓからの温度
信号Ｔが入力される。４は、超音波発受信器２の
信号を変換してスパン補正器部３に加える変換部
である。
以上の構成において、その動作を説明する。
１つの配管を利用して２種類以上の油を別々に
流し、各々の油種中で音速が大きく異なる場合の
入射角θは、各々の油種で異なる。今、ある１種
類の油種について、流量計の目盛りを校正し、同
じ流量計を用いて別の油種の同一流量を測定して
も、入射角θが変るため指示値は一般的に変る。
流し、各々の油種中で音速が大きく異なる場合の
入射角θは、各々の油種で異なる。今、ある１種
類の油種について、流量計の目盛りを校正し、同
じ流量計を用いて別の油種の同一流量を測定して
も、入射角θが変るため指示値は一般的に変る。
目盛り校正に使用した油（以下「基準油種」と
称する。）以外は油の流量に対する指示値を基準
油種の指示値に一致させるためには、スパン補正
係数Ｋが必要となる。
称する。）以外は油の流量に対する指示値を基準
油種の指示値に一致させるためには、スパン補正
係数Ｋが必要となる。
基準油種に対する入射角をθ0とし、配管１に流
量Ｑを流したときの指示値は(2)式より Ｑ＝πD3／4sin2θ0・ΔF ……(5) 油種Ｘの同一流量Ｑを流したときの周波数を差
ΔFXは、入射角をθXとして、 ΔFX＝4sin2θX／πD3・Ｑ ……(6) この周波数差による流量計の指示値QXは(6)式
を(5)式のΔFへ代入して、 QX＝（πD3／4sin2θ0）（4sin2θX／πD3・Ｑ）＝sin2
θX／sin2θ0・Ｑ ……(7) 指示値QXはＱとならなければならないので、
スパン補正係数ＫをQXに乗じて、Ｑと等しくす
るようにする。Ｑ＝KQXから Ｋ＝Ｑ／QX＝sin2θ0／sin2θX ……(8) したがつて、θ0とθXを求めれば補正係数は求ま
る。
量Ｑを流したときの指示値は(2)式より Ｑ＝πD3／4sin2θ0・ΔF ……(5) 油種Ｘの同一流量Ｑを流したときの周波数を差
ΔFXは、入射角をθXとして、 ΔFX＝4sin2θX／πD3・Ｑ ……(6) この周波数差による流量計の指示値QXは(6)式
を(5)式のΔFへ代入して、 QX＝（πD3／4sin2θ0）（4sin2θX／πD3・Ｑ）＝sin2
θX／sin2θ0・Ｑ ……(7) 指示値QXはＱとならなければならないので、
スパン補正係数ＫをQXに乗じて、Ｑと等しくす
るようにする。Ｑ＝KQXから Ｋ＝Ｑ／QX＝sin2θ0／sin2θX ……(8) したがつて、θ0とθXを求めれば補正係数は求ま
る。
θ0を求める
基準油種中の音速C0、この場合は1300ｍ／ｓ
とし、音速の配管１への入射角θS、この場合は
45゜、とする。
とし、音速の配管１への入射角θS、この場合は
45゜、とする。
前述の如く、Ｒ、tP、tS、CP、CSは一定、(3)(4)
式より θ0＝sin-1（C0／CS・sinθS） ……(9) θP0＝sin-1（CP／CS・sinθS） ……(10) したがつて L0＝２〔Rtanθ0＋tPtanθP0＋tStanθS〕 ……(11) よりL0が決定される。
式より θ0＝sin-1（C0／CS・sinθS） ……(9) θP0＝sin-1（CP／CS・sinθS） ……(10) したがつて L0＝２〔Rtanθ0＋tPtanθP0＋tStanθS〕 ……(11) よりL0が決定される。
θXを求める。
測定しようとする油の比重をＧ、温度Ｔ（℃）
とすると、音速CX（ｍ／ｓ）は、下記の式より求
められる。
とすると、音速CX（ｍ／ｓ）は、下記の式より求
められる。
CX＝1779.4G−4.0（Ｔ−15）−139.5 ……(12)
(12)式は、たとえばオイル・アンド・ガスジヤー
ナル・1981年11月30日号（OIL＆GAS
JOURNAL NOV.30、1981）P80〜89より導か
れる。
ナル・1981年11月30日号（OIL＆GAS
JOURNAL NOV.30、1981）P80〜89より導か
れる。
この演算は、音速演算手段３３において演算さ
れる。
れる。
(12)式のCXと(11)式で計算したL0を用いて、(3)、
(4)式を解く。
(4)式を解く。
θX＝sin-1〔CX／CSsinθS〕 ……(13)
θP＝sin-1〔CP／CSsinθS〕 ……(14)
RtanθX＋tPtanθP＋tStanθS＝L0／２ ……(15)
この場合、θSを適当に設定して(13)、(14)式を求
め、その結果を(15)式へ代入して、右辺と等しくな
るかをチエツクし、等しくなければ、さらに、θS
を変えて上記手順をくり返し(15)式を満足するθSを
求める。
め、その結果を(15)式へ代入して、右辺と等しくな
るかをチエツクし、等しくなければ、さらに、θS
を変えて上記手順をくり返し(15)式を満足するθSを
求める。
以上により求められた、θ0、θXより
Ｋ＝sin2θ0／sin2θX
が求められる。
この計算は補正係数計算手段３４において計算
される。
される。
次に、(8)式から、測定流体の測定流量QXにス
パン補正係数Ｋを乗じて真の流量Ｑを求める。
パン補正係数Ｋを乗じて真の流量Ｑを求める。
Ｑ＝KQX ……(16)
この計算は補正演算手段３５において演算され
る。
る。
この結果、多くの種類の油を、その種類ごとに
時間を異にして流しても、スパンをオンラインで
補正できるので、それぞれの油の流量を正確に測
定することができる。
時間を異にして流しても、スパンをオンラインで
補正できるので、それぞれの油の流量を正確に測
定することができる。
なお、前述の実施例においては、音速CXは比
重Ｇと測定流体の温度Ｔより求めると説明した
が、油種による比重の差は、たとえば、0.01オー
ダーであり、温度は数度程度変化する。また、比
重は温度の変化により変わるものであるから、油
種を変える際に比重を設定し、測定中の比重の変
化は温度によるものと考えてよい。したがつて、
油種変更時に比重を設定し、同一油種測定中は温
度のみでスパン補正が可能である。このようにす
れば、油種が一定の場合には好都合となる。
重Ｇと測定流体の温度Ｔより求めると説明した
が、油種による比重の差は、たとえば、0.01オー
ダーであり、温度は数度程度変化する。また、比
重は温度の変化により変わるものであるから、油
種を変える際に比重を設定し、測定中の比重の変
化は温度によるものと考えてよい。したがつて、
油種変更時に比重を設定し、同一油種測定中は温
度のみでスパン補正が可能である。このようにす
れば、油種が一定の場合には好都合となる。
以上説明したように、本発明は測定流体の温度
から測定流体の音速を音速演算手段において演算
し、この演算結果と、超音波発受信器と配管と測
定流体間に成立するスネルの法則と、二個の超音
波受信器の距離による束縛条件に基づき音波が測
定流体から配管への入射角を演算して補正係数を
補正係数計算手段によつて計算し、この補正係数
を測定流体の測定結果に補正演算手段においてス
パン補正演算するようにした。
から測定流体の音速を音速演算手段において演算
し、この演算結果と、超音波発受信器と配管と測
定流体間に成立するスネルの法則と、二個の超音
波受信器の距離による束縛条件に基づき音波が測
定流体から配管への入射角を演算して補正係数を
補正係数計算手段によつて計算し、この補正係数
を測定流体の測定結果に補正演算手段においてス
パン補正演算するようにした。
この結果、１つの配管を用いて、２種類以上の
油を別々に流し、その各々の流量をオンライン補
正できる超音波流量計を得ることができる。
油を別々に流し、その各々の流量をオンライン補
正できる超音波流量計を得ることができる。
第１図は従来より一般に使用されている従来例
の構成説明図、第２図は本発明の一実施例の構成
説明図、第３図は第２図の要部構成説明図であ
る。 １……配管、２１，２１……超音波発受信器、
２３，２４……収納箱、３……スパン補正器部、
３１……比重入力部、３２……温度入力部、３３
……音速演算手段、３４……補正係数計算手段、
３５……補正演算手段、Ｇ……比重、Ｔ……温
度、Ｓ……測温抵抗体、Ｑ……流量。
の構成説明図、第２図は本発明の一実施例の構成
説明図、第３図は第２図の要部構成説明図であ
る。 １……配管、２１，２１……超音波発受信器、
２３，２４……収納箱、３……スパン補正器部、
３１……比重入力部、３２……温度入力部、３３
……音速演算手段、３４……補正係数計算手段、
３５……補正演算手段、Ｇ……比重、Ｔ……温
度、Ｓ……測温抵抗体、Ｑ……流量。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 測定流体の流れる配管と、該配管の外周に設
けられた二個の超音波発受信器とを具備する超音
波流量計において、 測定流体の温度に基づき測定流体の音速を演算
する音速演算手段と、該音速演算手段により演算
された測定流体の音速に基づき前記超音波発受信
器と配管と測定流体間に成立するスネルの法則と
二個の超音波発受信器の距離による束縛条件に基
づき音波が測定流体から配管へ入射する入射角を
演算して補正係数を計算する補正係数計算手段
と、該補正係数を測定流体の測定結果にスパン補
正演算する補正演算手段とを具備したことを特徴
とする超音波流量計。 ２ 音速演算手段において、測定流体の比重と温
度とにより測定流体の音速を演算するようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59018873A JPS60162925A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59018873A JPS60162925A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60162925A JPS60162925A (ja) | 1985-08-24 |
| JPH0527048B2 true JPH0527048B2 (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=11983658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59018873A Granted JPS60162925A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60162925A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7409871B2 (en) * | 2006-03-16 | 2008-08-12 | Celerity, Inc. | Mass flow meter or controller with inclination sensor |
-
1984
- 1984-02-03 JP JP59018873A patent/JPS60162925A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60162925A (ja) | 1985-08-24 |
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