JPH09133561A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
- Publication number
- JPH09133561A JPH09133561A JP31352095A JP31352095A JPH09133561A JP H09133561 A JPH09133561 A JP H09133561A JP 31352095 A JP31352095 A JP 31352095A JP 31352095 A JP31352095 A JP 31352095A JP H09133561 A JPH09133561 A JP H09133561A
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- JP
- Japan
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- ultrasonic
- flow rate
- temperature
- fluid substance
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波流量計において、温度変化により発生
する測定誤差を少なくさせること。 【解決手段】 測定管３の内部に流体物質、例えば被測
定物としてのガスを流し、電気−音響変換手段１又は２
から出射された超音波を測定管３内のガス中を透過させ
て他方の電気−音響変換手段２又は１で受波し、これら
を双方で切り替えて超音波伝播時間を測定して測定管３
の内部に流れるガスの流量測定を行うように構成されて
いる。そして前記電気−音響変換手段１，２で受波した
超音波受波情報に基づいて流量結果を演算する演算手段
１２には、流量測定が成されるガスの温度情報を補正値
として加える温度補正手段１４が含まれている。
する測定誤差を少なくさせること。 【解決手段】 測定管３の内部に流体物質、例えば被測
定物としてのガスを流し、電気−音響変換手段１又は２
から出射された超音波を測定管３内のガス中を透過させ
て他方の電気−音響変換手段２又は１で受波し、これら
を双方で切り替えて超音波伝播時間を測定して測定管３
の内部に流れるガスの流量測定を行うように構成されて
いる。そして前記電気−音響変換手段１，２で受波した
超音波受波情報に基づいて流量結果を演算する演算手段
１２には、流量測定が成されるガスの温度情報を補正値
として加える温度補正手段１４が含まれている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定管内部に流体
物質を流し、その流量を測定するするようにした例えば
ガスメータに用いて好適な超音波流量計に関するもので
ある。
物質を流し、その流量を測定するするようにした例えば
ガスメータに用いて好適な超音波流量計に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】測定管内部に流れる流体物質の流量を測
定する流量計として、例えばガスメータを挙げることが
できる。従来におけるガスメータの代表例としては、い
わゆる膜式のガスメータを挙げることができ、この膜式
のガスメータは広く使用されてきた。
定する流量計として、例えばガスメータを挙げることが
できる。従来におけるガスメータの代表例としては、い
わゆる膜式のガスメータを挙げることができ、この膜式
のガスメータは広く使用されてきた。
【０００３】しかし、膜式のガスメータは機械的に構成
されており、温度の変化に応じて測定誤差が生ずるのは
やむおえないものであった。特に日本の北と南の地域に
よっても測定誤差が生じ、また同一地域であっても四季
によって測定誤差が生じ、さらに一日のなかでも日中と
夜間においても測定誤差が生ずるものであった。
されており、温度の変化に応じて測定誤差が生ずるのは
やむおえないものであった。特に日本の北と南の地域に
よっても測定誤差が生じ、また同一地域であっても四季
によって測定誤差が生じ、さらに一日のなかでも日中と
夜間においても測定誤差が生ずるものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】膜式のガスメータにお
いては、前記したとおり機械的な構成により流量を測定
するものであるが故に、温度変化に対応した測定値の補
正を行わせることは非常に困難であり、たとえ補正手段
を講じようとしても機構が複雑となり大幅なコスト高と
なることは免れないものであった。
いては、前記したとおり機械的な構成により流量を測定
するものであるが故に、温度変化に対応した測定値の補
正を行わせることは非常に困難であり、たとえ補正手段
を講じようとしても機構が複雑となり大幅なコスト高と
なることは免れないものであった。
【０００５】一方、近来膜式のガスメータに代わり超音
波流量計が提案されている。この超音波流量計は、一方
の電気−音響変換手段から出射された超音波を測定管内
の流体物質（ガス）中を透過させて他方の電気−音響変
換手段で受波し、これらを双方で切り替えて超音波伝播
時間を測定して測定管内部に流れる流体物質の流速を測
定し、測定された流速に測定管の断面積を乗ずることに
より流量の測定を行うように成されている。
波流量計が提案されている。この超音波流量計は、一方
の電気−音響変換手段から出射された超音波を測定管内
の流体物質（ガス）中を透過させて他方の電気−音響変
換手段で受波し、これらを双方で切り替えて超音波伝播
時間を測定して測定管内部に流れる流体物質の流速を測
定し、測定された流速に測定管の断面積を乗ずることに
より流量の測定を行うように成されている。
【０００６】この超音波流量計によると装置を小型に構
成することが可能であり、応答速度及び流速の分解能に
優れており、また機械的な膜式のそれに対して電気的に
測定値を引き出すことができるという特質を有してい
る。
成することが可能であり、応答速度及び流速の分解能に
優れており、また機械的な膜式のそれに対して電気的に
測定値を引き出すことができるという特質を有してい
る。
【０００７】しかしながら、この超音波流量計において
も、温度に応じた測定誤差が生ずることが知られてお
り、環境に応じて正確な流量測定をなし得る超音波流量
計の出現が望まれている。
も、温度に応じた測定誤差が生ずることが知られてお
り、環境に応じて正確な流量測定をなし得る超音波流量
計の出現が望まれている。
【０００８】本発明は、前記した要請に基づいて成され
たものであり、温度変化に対して測定誤差の少ない超音
波流量計を提供することを目的とするものである。
たものであり、温度変化に対して測定誤差の少ない超音
波流量計を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波流量
計は、一方の電気−音響変換手段から出射された超音波
を測定管内の流体物質中を透過させて他方の電気−音響
変換手段で受波し、これらを双方で切り替えて超音波伝
播時間を測定して測定管内部に流れる流体物質の流量測
定を行う超音波流量計であって、前記電気−音響変換手
段で受波した超音波受波情報に基づいて流量結果を演算
する演算手段を備え、該演算手段は演算過程に流体物質
の温度情報を補正値として加えるように構成されたもの
である。そして前記補正値は、標準状態の流体物質の温
度をＴ0 とし、流量が測定される流体物質の温度をＴSV
とした場合、Ｔ0 ／ＴSVを補正係数として演算手段に採
用される。さらに流量が測定される流体物質の温度ＴSV
は、電気−音響変換手段より引き出すように構成する場
合もある。この様な構成により、測定結果が外気温の変
化に左右されることのない超音波流量計を提供すること
が可能となる。
計は、一方の電気−音響変換手段から出射された超音波
を測定管内の流体物質中を透過させて他方の電気−音響
変換手段で受波し、これらを双方で切り替えて超音波伝
播時間を測定して測定管内部に流れる流体物質の流量測
定を行う超音波流量計であって、前記電気−音響変換手
段で受波した超音波受波情報に基づいて流量結果を演算
する演算手段を備え、該演算手段は演算過程に流体物質
の温度情報を補正値として加えるように構成されたもの
である。そして前記補正値は、標準状態の流体物質の温
度をＴ0 とし、流量が測定される流体物質の温度をＴSV
とした場合、Ｔ0 ／ＴSVを補正係数として演算手段に採
用される。さらに流量が測定される流体物質の温度ＴSV
は、電気−音響変換手段より引き出すように構成する場
合もある。この様な構成により、測定結果が外気温の変
化に左右されることのない超音波流量計を提供すること
が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係る超音波流量計は、一
方の電気−音響変換手段から出射された超音波を測定管
内の流体物質中を透過させて他方の電気−音響変換手段
で受波し、これらを双方で切り替えて超音波伝播時間を
測定して測定管内部に流れる流体物質の流量測定を行う
超音波流量計であって、前記電気−音響変換手段で受波
した超音波受波情報に基づいて流量結果を演算する演算
手段を備え、該演算手段は演算過程に流体物質の温度情
報を補正値として加えるように構成されているので、測
定結果が外気温の変化に左右されることがなく、正確な
流量測定を行うことができる。
方の電気−音響変換手段から出射された超音波を測定管
内の流体物質中を透過させて他方の電気−音響変換手段
で受波し、これらを双方で切り替えて超音波伝播時間を
測定して測定管内部に流れる流体物質の流量測定を行う
超音波流量計であって、前記電気−音響変換手段で受波
した超音波受波情報に基づいて流量結果を演算する演算
手段を備え、該演算手段は演算過程に流体物質の温度情
報を補正値として加えるように構成されているので、測
定結果が外気温の変化に左右されることがなく、正確な
流量測定を行うことができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明に係る超音波流量計について、
ガスの流量計を用いた実施例を図を用いて説明する。
ガスの流量計を用いた実施例を図を用いて説明する。
【００１２】図１は、本発明の超音波流量計の原理につ
いて示したものである。図１に示すように断面がほぼ真
円状の測定管３の管壁に、管軸に対してθの角度（実施
例ではθ＝１５度）をもって電気−音響変換手段として
の一対の超音波送受波器（トランスデューサ）１，２が
相対して取り付けられている。この一対の超音波送受波
器１，２は例えばピエゾセラミック素子により構成され
ている。
いて示したものである。図１に示すように断面がほぼ真
円状の測定管３の管壁に、管軸に対してθの角度（実施
例ではθ＝１５度）をもって電気−音響変換手段として
の一対の超音波送受波器（トランスデューサ）１，２が
相対して取り付けられている。この一対の超音波送受波
器１，２は例えばピエゾセラミック素子により構成され
ている。
【００１３】そして、前記超音波送受波器１，２からは
間欠的に交互に２００ＫＨｚ程度の超音波ビームが発射
され、超音波ビームの伝播時間に基づいてガスの流量を
演算するように構成されている。すなわちガスの流れの
方向に対して上流側、下流側に設けられたトランスデュ
ーサ１，２から測定管１の内部を横切るように発射され
た超音波ビームを双方で切り替えて、これら順逆方向の
伝播時間ｔ1 ，ｔ2 を繰り返し計測される。
間欠的に交互に２００ＫＨｚ程度の超音波ビームが発射
され、超音波ビームの伝播時間に基づいてガスの流量を
演算するように構成されている。すなわちガスの流れの
方向に対して上流側、下流側に設けられたトランスデュ
ーサ１，２から測定管１の内部を横切るように発射され
た超音波ビームを双方で切り替えて、これら順逆方向の
伝播時間ｔ1 ，ｔ2 を繰り返し計測される。
【００１４】この計測された時間を逆数に演算すること
により、音速Ｃの影響がなくなり以下の式が得られる。
により、音速Ｃの影響がなくなり以下の式が得られる。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数１】及び
【数２】の式より
【数３】 が得られる。
【００１８】 ただし、Ｌ：超音波の伝播路長（Ｌ＝Ｄ／ｓｉｎθ） Ｄ：管内径 Ｃ：気体中の音速 θ：超音波伝播路と管軸のなす角 Ｖ：超音波伝播路上の線平均流速
【００１９】この構成による超音波流速計は音響パスに
沿った平均流速を計測する装置である。そして、測定管
内の流速分布は、流量により変化する。この流量を得る
ためには流速分布変化の補正が必要となる。そして体積
流量Ｑは計測された線平均流速Ｖと、測定部の断面積Ａ
と、流速分布補正計数Ｋｎから計算される。
沿った平均流速を計測する装置である。そして、測定管
内の流速分布は、流量により変化する。この流量を得る
ためには流速分布変化の補正が必要となる。そして体積
流量Ｑは計測された線平均流速Ｖと、測定部の断面積Ａ
と、流速分布補正計数Ｋｎから計算される。
【００２０】すなわち次の
【数４】 式のように表すことができる。
【数４】
【００２１】前記Ｋｎは測定された線平均流速と管断面
の平均流速の比であり、レイノルズ数の関数である。
の平均流速の比であり、レイノルズ数の関数である。
【００２２】
【数５】
【００２３】層流域におけるＫｎは、理論的に計算する
ことが可能であり、Ｋｎ＝０．７５（一定）が得られて
いる。ここで、レイノルズ数が２３２０より小さい場合
の流れは層流と呼ばれ、その分布は一定で変わらない。
ことが可能であり、Ｋｎ＝０．７５（一定）が得られて
いる。ここで、レイノルズ数が２３２０より小さい場合
の流れは層流と呼ばれ、その分布は一定で変わらない。
【００２４】図１に示す装置を用い、以上に示した
【数１】式乃至
【数５】式のような理論式により演算することにより、
流体物質、すなわちガスの流量を算出することが可能で
あり、これによりガスメータを構成することができる。
流体物質、すなわちガスの流量を算出することが可能で
あり、これによりガスメータを構成することができる。
【００２５】以上のように本発明の超音波流量計は、超
音波によって音速を測り、前記した
音波によって音速を測り、前記した
【数１】式乃至
【数５】式に示す演算により音速から流量を換算させる
点が基本となる。この時、音速と温度は比例関係にあ
り、従って本発明の超音波流量計においては、前記演算
手段の演算過程に使用状態の流体物質の温度情報を補正
値として加えることにより容易に温度補正が成し得るこ
とを見い出した。
点が基本となる。この時、音速と温度は比例関係にあ
り、従って本発明の超音波流量計においては、前記演算
手段の演算過程に使用状態の流体物質の温度情報を補正
値として加えることにより容易に温度補正が成し得るこ
とを見い出した。
【００２６】すなわち前記補正値は、標準状態の流体物
質の温度をＴ0 とし、使用状態の流体物質の温度をＴSV
とした場合、Ｔ0 ／ＴSVを補正係数として採用すること
で温度補正が可能となり、温度変化に左右されない、よ
り正確な流量を計測することが可能となる。
質の温度をＴ0 とし、使用状態の流体物質の温度をＴSV
とした場合、Ｔ0 ／ＴSVを補正係数として採用すること
で温度補正が可能となり、温度変化に左右されない、よ
り正確な流量を計測することが可能となる。
【００２７】図２は、その演算処理の構成について示し
たものである。図２において１及び２は前記したとお
り、測定管３の管壁に管軸に対して、θ＝１５度をもっ
て相対して取り付けられた一対の超音波送受波器を示し
ており、この超音波送受波器１，２には、超音波発振器
１１並びに超音波送受波器１，２によりピックアップさ
れた超音波受信情報に基づいて、体積流量Ｑを演算する
マイクロプロセッサより成る演算回路１２が接続されて
いる。この演算回路１２は前記
たものである。図２において１及び２は前記したとお
り、測定管３の管壁に管軸に対して、θ＝１５度をもっ
て相対して取り付けられた一対の超音波送受波器を示し
ており、この超音波送受波器１，２には、超音波発振器
１１並びに超音波送受波器１，２によりピックアップさ
れた超音波受信情報に基づいて、体積流量Ｑを演算する
マイクロプロセッサより成る演算回路１２が接続されて
いる。この演算回路１２は前記
【数１】式乃至
【数５】式に示す演算処理を実行するものである。
【００２８】さらに前記測定管３の内壁面に臨むよう
に、例えばサーミスタ等の熱に応じて抵抗値が変化する
感熱素子１３が配置されており、この感熱素子１３は測
定管３内を流れるガスの温度、すなわち使用状態の温度
ＴSVを電気的な情報として出力するものである。その出
力は温度補正演算回路１４に供給されるように成されて
いる。
に、例えばサーミスタ等の熱に応じて抵抗値が変化する
感熱素子１３が配置されており、この感熱素子１３は測
定管３内を流れるガスの温度、すなわち使用状態の温度
ＴSVを電気的な情報として出力するものである。その出
力は温度補正演算回路１４に供給されるように成されて
いる。
【００２９】一方、温度補正演算回路１４には、前記演
算回路１２からの出力Ｑが供給されるように構成されて
おり、さらに温度補正演算回路１４には、標準状態の流
体物質の温度をＴ0 に関する数値を格納したＲＯＭ１５
からの情報も供給されるように構成されている。
算回路１２からの出力Ｑが供給されるように構成されて
おり、さらに温度補正演算回路１４には、標準状態の流
体物質の温度をＴ0 に関する数値を格納したＲＯＭ１５
からの情報も供給されるように構成されている。
【００３０】そして温度補正演算回路１４の出力は、表
示器１６に供給されて流量Ｑ0 を表示するように構成さ
れている。
示器１６に供給されて流量Ｑ0 を表示するように構成さ
れている。
【００３１】図２に示す以上の演算処理の構成におい
て、前記演算回路１２は、前記
て、前記演算回路１２は、前記
【数１】式乃至
【数５】式による演算を実行し、これにより体積流量Ｑ
を算出する。そして演算回路１２によって得られた体積
流量Ｑは、温度補正演算回路１４に供給され、ここで補
正係数としてＴ0 ／ＴSVを乗算させる演算処理が実行さ
れる。
を算出する。そして演算回路１２によって得られた体積
流量Ｑは、温度補正演算回路１４に供給され、ここで補
正係数としてＴ0 ／ＴSVを乗算させる演算処理が実行さ
れる。
【００３２】この結果次の
【数６】 式に示すような演算結果を得ることができる。
【数６】
【００３３】このようにして演算された出力Ｑ0 は、表
示器１６に供給されて例えば視覚的な数字情報として表
示される。
示器１６に供給されて例えば視覚的な数字情報として表
示される。
【００３４】従って、表示器１６によって表されるガス
の流量Ｑ0 は、温度補正されたものとなり、周囲の温度
変化にかかわらずより正確なガスの流量を検出すること
ができる。
の流量Ｑ0 は、温度補正されたものとなり、周囲の温度
変化にかかわらずより正確なガスの流量を検出すること
ができる。
【００３５】なお図２に示した実施例においては説明の
便宜上、前記
便宜上、前記
【数１】式乃至
【数５】式に対応する演算を実行する演算回路１２と、
温度補正係数を乗算させる温度補正演算回路１４とをそ
れぞれのブロックに別けて表現しているが、これらは１
チップのマイクロプロセッサにより構成することは可能
である。
温度補正係数を乗算させる温度補正演算回路１４とをそ
れぞれのブロックに別けて表現しているが、これらは１
チップのマイクロプロセッサにより構成することは可能
である。
【００３６】また以上の実施例においては、流量が測定
される流体物質の温度ＴSVを、測定管の内壁面に臨むよ
うに配置された感熱素子により得るようにしているが、
例えば電気−音響変換手段としてのピエゾセラミック素
子より得るようにしてもよい。
される流体物質の温度ＴSVを、測定管の内壁面に臨むよ
うに配置された感熱素子により得るようにしているが、
例えば電気−音響変換手段としてのピエゾセラミック素
子より得るようにしてもよい。
【００３７】上記電気−音響変換手段としてのピエゾセ
ラミック素子を用いて温度測定を行うと、次のように求
められる。
ラミック素子を用いて温度測定を行うと、次のように求
められる。
【００３８】すなわち、ｔ1 、ｔ2 と音速Ｃの関係を求
めると次のようになる。
めると次のようになる。
【数７】
【００３９】そして、空気中の音速は大気圧や水蒸気圧
及び気温の影響を受け、その関係は次の式のようにな
る。
及び気温の影響を受け、その関係は次の式のようにな
る。
【数８】
【００４０】ただし、Ｔ：空気の絶対温度 ｅ：水蒸気圧 Ｐ：大気圧
【００４１】ここで、ｅ／ｐは大気中では十分小さいの
で、次の式のように表すことができる。
で、次の式のように表すことができる。
【数９】
【００４２】そうすると、ＴSVは、次の式で表すことが
できる。
できる。
【数１０】
【００４３】上述のように電気−音響変換手段としての
ピエゾセラミック素子を用いて温度測定を行うことがで
きる。
ピエゾセラミック素子を用いて温度測定を行うことがで
きる。
【００４４】なお、以上は、本発明をガスメータとして
示した実施例に基づいて説明したが、他の気体、液体に
ついても同様な作用により外気温により左右されない正
確な流量を測定することが可能となる。
示した実施例に基づいて説明したが、他の気体、液体に
ついても同様な作用により外気温により左右されない正
確な流量を測定することが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなとおり、本発明に
係る超音波流量計によれば、測定管に配置した電気−音
響変換手段で受波した超音波受波情報に基づいて流量結
果を演算する演算手段が具備され、この演算手段にはそ
の演算過程に流体物質の温度情報を補正値として加える
ようにされるので、測定結果が外気温の変化に左右され
ることのない超音波流量計を実現させることができる。
係る超音波流量計によれば、測定管に配置した電気−音
響変換手段で受波した超音波受波情報に基づいて流量結
果を演算する演算手段が具備され、この演算手段にはそ
の演算過程に流体物質の温度情報を補正値として加える
ようにされるので、測定結果が外気温の変化に左右され
ることのない超音波流量計を実現させることができる。
【図１】図１は、本発明に係る超音波流量計の基本原理
を示した断面図である。
を示した断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る超音波流量計の演算処理
回路の一例について示したブロック図である。
回路の一例について示したブロック図である。
１ 超音波送受波器（電気−音響変換手段） ２ 超音波送受波器（電気−音響変換手段） ３ 測定管 １１ 超音波発振器 １２ 演算回路 １３ 感熱素子 １４ 温度補正演算回路 １５ ＲＯＭ １６ 表示器
Claims (3)
- 【請求項１】 一方の電気−音響変換手段から出射され
た超音波を測定管内の流体物質中を透過させて他方の電
気−音響変換手段で受波し、これらを双方で切り替えて
超音波伝播時間を測定して測定管内部に流れる流体物質
の流量測定を行う超音波流量計であって、 前記電気−音響変換手段で受波した超音波受波情報に基
づいて流量結果を演算する演算手段を備え、 該演算手段は演算過程に流体物質の温度情報を補正値と
して加えるようにしたことを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項２】 前記補正値は、標準状態の流体物質の温
度をＴ0 とし、流量が測定される流体物質の温度をＴSV
とした場合、Ｔ0 ／ＴSVを補正係数としたことを特徴と
する請求項１に記載の超音波流量計。 - 【請求項３】 流量が測定される流体物質の温度Ｔ
SVを、電気−音響変換手段より引き出すようにしたこと
を特徴とする請求項２に記載の超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31352095A JPH09133561A (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31352095A JPH09133561A (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 超音波流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133561A true JPH09133561A (ja) | 1997-05-20 |
Family
ID=18042307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31352095A Pending JPH09133561A (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09133561A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007017157A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 超音波流量計 |
| EP3182072A1 (en) * | 2015-12-15 | 2017-06-21 | Horiba, Ltd. | Flow rate measurement device, fuel efficiency measurement device, program for flow rate measurement device and flow rate measurement method |
| KR20210095307A (ko) * | 2020-01-23 | 2021-08-02 | 김영탁 | 소구경용 초음파유량계 |
-
1995
- 1995-11-07 JP JP31352095A patent/JPH09133561A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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