JPH09292270A - 超音波測定装置 - Google Patents
超音波測定装置Info
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- JPH09292270A JPH09292270A JP8108054A JP10805496A JPH09292270A JP H09292270 A JPH09292270 A JP H09292270A JP 8108054 A JP8108054 A JP 8108054A JP 10805496 A JP10805496 A JP 10805496A JP H09292270 A JPH09292270 A JP H09292270A
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- measured
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定に全伝搬時間を用いており、伝音材の温
度が変わると伝音材中の伝搬時間が変化して測定に誤差
が生じる課題があった。また、被測定流体の温度を測定
する機構が設置されておらず、温度を測定することがで
きないなどの課題があった。 【解決手段】 伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間に関する
観測を行い、前記観測により全伝搬時間から前記伝音材
３ａ〜３ｄ中の伝搬時間を差し引いた伝搬時間を用い
て、被測定流体１に関する流速，温度等の測定量を求め
るものである。
度が変わると伝音材中の伝搬時間が変化して測定に誤差
が生じる課題があった。また、被測定流体の温度を測定
する機構が設置されておらず、温度を測定することがで
きないなどの課題があった。 【解決手段】 伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間に関する
観測を行い、前記観測により全伝搬時間から前記伝音材
３ａ〜３ｄ中の伝搬時間を差し引いた伝搬時間を用い
て、被測定流体１に関する流速，温度等の測定量を求め
るものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は超音波伝搬時間を
用いて被測定流体の流速、温度等を測定する超音波測定
装置に関するものである。
用いて被測定流体の流速、温度等を測定する超音波測定
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は例えば、計測自動制御学会論文
集、第２３巻、第５号（昭和６２年５月発行）、および
計測自動制御学会論文集、第１４巻、第２号（昭和５３
年４月発行）に記載された従来の超音波測定装置を示す
構成図であり、図において、１は被測定流体、２ａおよ
び２ｂは被測定流体１が流れる管路の管壁、３ａ〜３ｄ
は超音波を伝達する伝音材、４ａ〜４ｄは超音波送受信
子である。
集、第２３巻、第５号（昭和６２年５月発行）、および
計測自動制御学会論文集、第１４巻、第２号（昭和５３
年４月発行）に記載された従来の超音波測定装置を示す
構成図であり、図において、１は被測定流体、２ａおよ
び２ｂは被測定流体１が流れる管路の管壁、３ａ〜３ｄ
は超音波を伝達する伝音材、４ａ〜４ｄは超音波送受信
子である。
【０００３】５は超音波送受信子４ａおよび４ｃまたは
超音波送受信子４ｂおよび４ｄにおいて超音波送信を行
うための電気信号を周期的に送信する発振回路であり、
前記送信に伴って切換回路６、弁別回路８ａ，８ｂ、お
よび伝搬時間測定回路９ｂに対するタイミング信号の送
信も行っている。
超音波送受信子４ｂおよび４ｄにおいて超音波送信を行
うための電気信号を周期的に送信する発振回路であり、
前記送信に伴って切換回路６、弁別回路８ａ，８ｂ、お
よび伝搬時間測定回路９ｂに対するタイミング信号の送
信も行っている。
【０００４】６は超音波の送信時と受信時との回路接続
の切り換えを行う切換回路、７ａおよび７ｂは超音波送
受信子４ｂおよび４ｄまたは超音波送受信子４ａおよび
４ｃにおいて受信された超音波による信号を増幅する増
幅回路、８ａおよび８ｂは増幅回路７ａおよび７ｂの出
力信号に対してタイミングおよび波高による弁別を行い
必要な信号を取り出す弁別回路、９ａおよび９ｂは発振
回路５および弁別回路８ａ，８ｂからの出力を基に伝搬
時間に関する測定を行う伝搬時間測定回路、１０は伝搬
時間測定回路９ａ，９ｂからの出力を基に被測定流体１
の流速Ｖを演算する演算回路である。
の切り換えを行う切換回路、７ａおよび７ｂは超音波送
受信子４ｂおよび４ｄまたは超音波送受信子４ａおよび
４ｃにおいて受信された超音波による信号を増幅する増
幅回路、８ａおよび８ｂは増幅回路７ａおよび７ｂの出
力信号に対してタイミングおよび波高による弁別を行い
必要な信号を取り出す弁別回路、９ａおよび９ｂは発振
回路５および弁別回路８ａ，８ｂからの出力を基に伝搬
時間に関する測定を行う伝搬時間測定回路、１０は伝搬
時間測定回路９ａ，９ｂからの出力を基に被測定流体１
の流速Ｖを演算する演算回路である。
【０００５】次に動作について説明する。この超音波測
定装置は、超音波の下流方向伝搬速度が上流方向伝搬速
度に比べて大きく、かつ、その差が流速Ｖに比例するこ
とを利用して被測定流体１の流速Ｖを測定するものであ
る。超音波の送信は、超音波送受信子４ａおよび４ｃに
よる同時送信と、超音波送受信子４ｂおよび４ｄによる
同時送信とを繰り返す形で行われるが、以下、超音波送
受信子４ａおよび４ｃによる送信の場合を説明する。
定装置は、超音波の下流方向伝搬速度が上流方向伝搬速
度に比べて大きく、かつ、その差が流速Ｖに比例するこ
とを利用して被測定流体１の流速Ｖを測定するものであ
る。超音波の送信は、超音波送受信子４ａおよび４ｃに
よる同時送信と、超音波送受信子４ｂおよび４ｄによる
同時送信とを繰り返す形で行われるが、以下、超音波送
受信子４ａおよび４ｃによる送信の場合を説明する。
【０００６】発振回路５の発振により超音波送受信子４
ａから送信された超音波は伝音材３ａ、管壁２ａを通り
被測定流体１に入射し、再び管壁２ｂ、伝音材３ｂを通
り超音波送受信子４ｂにより受信され、この受信による
信号は、切換回路６、増幅回路７ａ、弁別回路８ａを通
り、伝搬時間測定回路９ａに入力される。
ａから送信された超音波は伝音材３ａ、管壁２ａを通り
被測定流体１に入射し、再び管壁２ｂ、伝音材３ｂを通
り超音波送受信子４ｂにより受信され、この受信による
信号は、切換回路６、増幅回路７ａ、弁別回路８ａを通
り、伝搬時間測定回路９ａに入力される。
【０００７】同時に超音波送受信子４ｃにより送信され
た超音波は、伝音材３ｃ、管壁２ａを通り被測定流体１
に入射し、再び管壁２ｂ、伝音材３ｄを通り超音波送受
信子４ｄにより受信され、この受信による信号は、同様
に各測定回路切換回路６、増幅回路７ｂ、弁別回路８ｂ
を通り伝搬時間測定回路９ａに入力されるとともに伝搬
時間測定回路９ｂに入力される。
た超音波は、伝音材３ｃ、管壁２ａを通り被測定流体１
に入射し、再び管壁２ｂ、伝音材３ｄを通り超音波送受
信子４ｄにより受信され、この受信による信号は、同様
に各測定回路切換回路６、増幅回路７ｂ、弁別回路８ｂ
を通り伝搬時間測定回路９ａに入力されるとともに伝搬
時間測定回路９ｂに入力される。
【０００８】超音波送受信子４ａにより送信され超音波
送受信子４ｂにより受信された超音波の伝搬時間は、下
流方向の全伝搬時間であり、超音波送受信子４ｃにより
送信され超音波送受信子４ｄにより受信された超音波の
伝搬時間は、上流方向の全伝搬時間である。この上流方
向の全伝搬時間と下流方向の全伝搬時間との差が伝搬時
間測定回路９ａにより測定され、この差を基に、演算回
路１０において被測定流体１の流速Ｖが求められる。
送受信子４ｂにより受信された超音波の伝搬時間は、下
流方向の全伝搬時間であり、超音波送受信子４ｃにより
送信され超音波送受信子４ｄにより受信された超音波の
伝搬時間は、上流方向の全伝搬時間である。この上流方
向の全伝搬時間と下流方向の全伝搬時間との差が伝搬時
間測定回路９ａにより測定され、この差を基に、演算回
路１０において被測定流体１の流速Ｖが求められる。
【０００９】なお、伝搬時間測定回路９ｂには発振回路
５の発振の際に信号が入力されており、伝搬時間測定回
路９ｂは、この信号と前記超音波の受信の際の信号の時
間差より全伝搬時間を測定する。この伝搬時間測定回路
９ｂから演算回路１０に出力される全伝搬時間に関する
信号は、音速の温度依存性の補正に用いられる。
５の発振の際に信号が入力されており、伝搬時間測定回
路９ｂは、この信号と前記超音波の受信の際の信号の時
間差より全伝搬時間を測定する。この伝搬時間測定回路
９ｂから演算回路１０に出力される全伝搬時間に関する
信号は、音速の温度依存性の補正に用いられる。
【００１０】伝搬時間測定回路９ａおよび９ｂの出力を
基に演算回路１０において演算される流速Ｖは、以下の
ような計算により与えられる。
基に演算回路１０において演算される流速Ｖは、以下の
ような計算により与えられる。
【００１１】超音波送受信子４ａから送信され超音波送
受信子４ｂにより受信される超音波の被測定流体１中の
伝搬速度は、音速Ｃに流速Ｖの超音波伝搬方向への成分
Ｖｃｏｓθ（入射角をθとする）が加わり、Ｃ＋Ｖｃｏ
ｓθとなる。逆に超音波送受信子４ｃにより送信され超
音波送受信子４ｄにより受信される超音波の被測定流体
１中の伝搬速度は、Ｃ−Ｖｃｏｓθとなる。
受信子４ｂにより受信される超音波の被測定流体１中の
伝搬速度は、音速Ｃに流速Ｖの超音波伝搬方向への成分
Ｖｃｏｓθ（入射角をθとする）が加わり、Ｃ＋Ｖｃｏ
ｓθとなる。逆に超音波送受信子４ｃにより送信され超
音波送受信子４ｄにより受信される超音波の被測定流体
１中の伝搬速度は、Ｃ−Ｖｃｏｓθとなる。
【００１２】下流方向の全伝搬時間ｔD と上流方向の全
伝搬時間ｔU は、管路の内径をｄ、各伝音材中３ａ〜３
ｄの伝搬時間を同一と仮定しτ0 とすると、次式により
与えられる。 ｔD ＝ｄ／（ｓｉｎθ（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ））＋２τ0 ・・・（１） ｔU ＝ｄ／（ｓｉｎθ（Ｃ−Ｖｃｏｓθ））＋２τ0 ・・・（２）
伝搬時間ｔU は、管路の内径をｄ、各伝音材中３ａ〜３
ｄの伝搬時間を同一と仮定しτ0 とすると、次式により
与えられる。 ｔD ＝ｄ／（ｓｉｎθ（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ））＋２τ0 ・・・（１） ｔU ＝ｄ／（ｓｉｎθ（Ｃ−Ｖｃｏｓθ））＋２τ0 ・・・（２）
【００１３】従って、式（１）および式（２）よりＶを
求めると、 Ｖ＝ｄ（ｔU −ｔD ）／（２ｓｉｎθｃｏｓθ（ｔD −２τ0 ）（ｔU −２ τ0 ）） ・・・（３） となる。ここで、一般にｔU −ｔD ＜＜ｔU −２τ0 で
あり、ｔD −２τ0 〜ｔU −２τ0 であるため、式
（３）より、流速Ｖは以下のようになる。 Ｖ＝ｄ（ｔU −ｔD ）／ｓｉｎ２θ（ｔU −２τ0 ）2 ・・・（４）
求めると、 Ｖ＝ｄ（ｔU −ｔD ）／（２ｓｉｎθｃｏｓθ（ｔD −２τ0 ）（ｔU −２ τ0 ）） ・・・（３） となる。ここで、一般にｔU −ｔD ＜＜ｔU −２τ0 で
あり、ｔD −２τ0 〜ｔU −２τ0 であるため、式
（３）より、流速Ｖは以下のようになる。 Ｖ＝ｄ（ｔU −ｔD ）／ｓｉｎ２θ（ｔU −２τ0 ）2 ・・・（４）
【００１４】演算回路１０は、伝搬時間測定回路９ａに
より測定された上流方向の全伝搬時間ｔU と下流方向の
全伝搬時間ｔD との差ｔU −ｔD 、既知の管路の内径ｄ
と入射角θ、および伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間τ0
に相当する適切な値を用いて、流速Ｖを演算する。
より測定された上流方向の全伝搬時間ｔU と下流方向の
全伝搬時間ｔD との差ｔU −ｔD 、既知の管路の内径ｄ
と入射角θ、および伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間τ0
に相当する適切な値を用いて、流速Ｖを演算する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波測定装置
は以上のように構成されているので、測定に全伝搬時間
を用いており、伝音材中の伝搬時間が含まれているた
め、伝音材の温度が変わると伝音材中の伝搬時間が変化
し、このために測定に誤差が生じる課題があった。
は以上のように構成されているので、測定に全伝搬時間
を用いており、伝音材中の伝搬時間が含まれているた
め、伝音材の温度が変わると伝音材中の伝搬時間が変化
し、このために測定に誤差が生じる課題があった。
【００１６】また、被測定流体の温度を測定する機構が
設置されておらず、温度を測定することができないなど
の課題があった。
設置されておらず、温度を測定することができないなど
の課題があった。
【００１７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、伝音材中の温度変化による測定誤
差を低減し、測定精度を向上させた超音波測定装置を得
ることを目的とする。
めになされたもので、伝音材中の温度変化による測定誤
差を低減し、測定精度を向上させた超音波測定装置を得
ることを目的とする。
【００１８】また、この発明は、被測定流体の温度を測
定することができる超音波測定装置を得ることを目的と
する。
定することができる超音波測定装置を得ることを目的と
する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る超音波測定装置は、伝音材中の伝搬時間に関する観測
を行い、前記観測により全伝搬時間から前記伝音材中の
伝搬時間を差し引いた伝搬時間を用いて、前記被測定流
体に関する測定量を求めるものである。
る超音波測定装置は、伝音材中の伝搬時間に関する観測
を行い、前記観測により全伝搬時間から前記伝音材中の
伝搬時間を差し引いた伝搬時間を用いて、前記被測定流
体に関する測定量を求めるものである。
【００２０】請求項２記載の発明に係る超音波測定装置
は、超音波送受信子および伝音材を、被測定流体の流れ
に対して斜め方向に超音波が横断するように設け、前記
流れの上流方向と下流方向へ超音波を伝搬させて二方向
の伝搬時間の差を用いて前記被測定流体の流速を求める
超音波測定装置に請求項１の構成を採用したものであ
る。
は、超音波送受信子および伝音材を、被測定流体の流れ
に対して斜め方向に超音波が横断するように設け、前記
流れの上流方向と下流方向へ超音波を伝搬させて二方向
の伝搬時間の差を用いて前記被測定流体の流速を求める
超音波測定装置に請求項１の構成を採用したものであ
る。
【００２１】請求項３記載の発明に係る超音波測定装置
は、被測定流体の流速を求めるとともに、伝搬時間を用
いて被測定流体の温度を求めるものである。
は、被測定流体の流速を求めるとともに、伝搬時間を用
いて被測定流体の温度を求めるものである。
【００２２】請求項４記載の発明に係る超音波測定装置
は、上流方向伝搬時間と下流方向伝搬時間との平均を用
いて被測定流体の温度を求めるものである。
は、上流方向伝搬時間と下流方向伝搬時間との平均を用
いて被測定流体の温度を求めるものである。
【００２３】請求項５記載の発明に係る超音波測定装置
は、伝搬時間を用いて被測定流体の温度を求めるもので
ある。
は、伝搬時間を用いて被測定流体の温度を求めるもので
ある。
【００２４】請求項６記載の発明に係る超音波測定装置
は、伝音材を管路に垂直に設置したものである。
は、伝音材を管路に垂直に設置したものである。
【００２５】請求項７記載の発明に係る超音波測定装置
は、伝音材中の管路側端部からの反射波を用いて、伝音
材中の伝搬時間に関する観測を行うものである。
は、伝音材中の管路側端部からの反射波を用いて、伝音
材中の伝搬時間に関する観測を行うものである。
【００２６】請求項８記載の発明に係る超音波測定装置
は、伝音材の管路側端部に反射構造を設けたものであ
る。
は、伝音材の管路側端部に反射構造を設けたものであ
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による超
音波測定装置を示す構成図であり、図において、１は被
測定流体、２ａおよび２ｂは被測定流体１が流れる管路
の管壁、３ａ〜３ｄは超音波を伝達する伝音材、４ａ〜
４ｄは超音波送受信子である。
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による超
音波測定装置を示す構成図であり、図において、１は被
測定流体、２ａおよび２ｂは被測定流体１が流れる管路
の管壁、３ａ〜３ｄは超音波を伝達する伝音材、４ａ〜
４ｄは超音波送受信子である。
【００２８】５は超音波送受信子４ａおよび４ｃまたは
超音波送受信子４ｂおよび４ｄにおいて超音波送信を行
うための電気信号を周期的に送信する発振回路であり、
前記送信に伴って切換回路６および弁別回路８ａ〜８ｄ
に対するタイミング信号の送信も行っている。６は超音
波の送信時と受信時との回路接続の切り換えを行う切換
回路である。
超音波送受信子４ｂおよび４ｄにおいて超音波送信を行
うための電気信号を周期的に送信する発振回路であり、
前記送信に伴って切換回路６および弁別回路８ａ〜８ｄ
に対するタイミング信号の送信も行っている。６は超音
波の送信時と受信時との回路接続の切り換えを行う切換
回路である。
【００２９】７ａは超音波送受信子４ａから送信され超
音波送受信子４ｂにより受信された超音波による信号、
または、超音波送受信子４ｄから送信され超音波送受信
子４ｃにより受信された超音波による信号を増幅する増
幅回路、７ｂは超音波送受信子４ｃから送信され超音波
送受信子４ｄにより受信された超音波による信号、また
は、超音波送受信子４ｂから送信され超音波送受信子４
ａにより受信された超音波による信号を増幅する増幅回
路、７ｃは超音波送受信子４ａから送信され超音波送受
信子４ａにより受信された超音波による信号、または、
超音波送受信子４ｄから送信され超音波送受信子４ｄに
より受信された超音波による信号を増幅する増幅回路、
７ｄは超音波送受信子４ｃから送信され超音波送受信子
４ｃにより受信された超音波による信号、または、超音
波送受信子４ｂから送信され超音波送受信子４ｂにより
受信された超音波による信号を増幅する増幅回路であ
る。
音波送受信子４ｂにより受信された超音波による信号、
または、超音波送受信子４ｄから送信され超音波送受信
子４ｃにより受信された超音波による信号を増幅する増
幅回路、７ｂは超音波送受信子４ｃから送信され超音波
送受信子４ｄにより受信された超音波による信号、また
は、超音波送受信子４ｂから送信され超音波送受信子４
ａにより受信された超音波による信号を増幅する増幅回
路、７ｃは超音波送受信子４ａから送信され超音波送受
信子４ａにより受信された超音波による信号、または、
超音波送受信子４ｄから送信され超音波送受信子４ｄに
より受信された超音波による信号を増幅する増幅回路、
７ｄは超音波送受信子４ｃから送信され超音波送受信子
４ｃにより受信された超音波による信号、または、超音
波送受信子４ｂから送信され超音波送受信子４ｂにより
受信された超音波による信号を増幅する増幅回路であ
る。
【００３０】８ａ〜８ｄは増幅回路７ａ〜７ｄの出力信
号に対してタイミングおよび波高による弁別を行い必要
な信号を取り出す弁別回路、９ａ〜９ｃは弁別回路８ａ
〜８ｄからの出力を基に伝搬時間に関する測定を行う伝
搬時間測定回路、１０は伝搬時間測定回路９ａ〜９ｃか
らの出力を基に被測定流体１の流速Ｖおよび温度Ｔを演
算する演算回路である。
号に対してタイミングおよび波高による弁別を行い必要
な信号を取り出す弁別回路、９ａ〜９ｃは弁別回路８ａ
〜８ｄからの出力を基に伝搬時間に関する測定を行う伝
搬時間測定回路、１０は伝搬時間測定回路９ａ〜９ｃか
らの出力を基に被測定流体１の流速Ｖおよび温度Ｔを演
算する演算回路である。
【００３１】次に動作について説明する。超音波の送信
は、超音波送受信子４ａおよび４ｃによる同時送信と、
超音波送受信子４ｄおよび４ｂによる同時送信とを繰り
返す形で行われるが、以下において、まず、超音波送受
信子４ａおよび４ｃによる同時送信の際の動作を説明す
る。
は、超音波送受信子４ａおよび４ｃによる同時送信と、
超音波送受信子４ｄおよび４ｂによる同時送信とを繰り
返す形で行われるが、以下において、まず、超音波送受
信子４ａおよび４ｃによる同時送信の際の動作を説明す
る。
【００３２】発振回路５の発振により超音波送受信子４
ａ，４ｃから同時に送信された超音波は、各々、伝音材
３ａ，３ｃ、管壁２ａ、被測定流体１、管壁２ｂ、伝音
材３ｂ，３ｄを伝播して超音波送受信子４ｂ，４ｄによ
り受信され、この受信による信号は、切換回路６、増幅
回路７ａ，７ｂ、弁別回路８ａ，８ｂを通り、伝搬時間
測定回路９ａに入力されるとともに伝搬時間測定回路９
ｂ，９ｃに入力される。
ａ，４ｃから同時に送信された超音波は、各々、伝音材
３ａ，３ｃ、管壁２ａ、被測定流体１、管壁２ｂ、伝音
材３ｂ，３ｄを伝播して超音波送受信子４ｂ，４ｄによ
り受信され、この受信による信号は、切換回路６、増幅
回路７ａ，７ｂ、弁別回路８ａ，８ｂを通り、伝搬時間
測定回路９ａに入力されるとともに伝搬時間測定回路９
ｂ，９ｃに入力される。
【００３３】一方、超音波送受信子４ａ，４ｃにより送
信された超音波のうち、管壁２ａで反射されたものが、
各々超音波送受信子４ａ，４ｃに戻って受信され、この
受信による信号は、切換回路６、増幅回路７ｃ，７ｄ、
弁別回路８ｃ，８ｄを通り、伝搬時間測定回路９ｂ，９
ｃに入力される。図２は伝音材３ａ〜３ｄ中の反射の様
子を示す説明図である。
信された超音波のうち、管壁２ａで反射されたものが、
各々超音波送受信子４ａ，４ｃに戻って受信され、この
受信による信号は、切換回路６、増幅回路７ｃ，７ｄ、
弁別回路８ｃ，８ｄを通り、伝搬時間測定回路９ｂ，９
ｃに入力される。図２は伝音材３ａ〜３ｄ中の反射の様
子を示す説明図である。
【００３４】伝搬時間測定回路９ａにおいては、従来例
と同様に、入力された２信号の時間差より、超音波送受
信子４ｃにより送信され超音波送受信子４ｄにより受信
された超音波の伝搬時間である上流方向の全伝搬時間ｔ
U と超音波送受信子４ａにより送信され超音波送受信子
４ｂにより受信された超音波の伝搬時間である下流方向
の全伝搬時間ｔD との差Δｔが測定される。
と同様に、入力された２信号の時間差より、超音波送受
信子４ｃにより送信され超音波送受信子４ｄにより受信
された超音波の伝搬時間である上流方向の全伝搬時間ｔ
U と超音波送受信子４ａにより送信され超音波送受信子
４ｂにより受信された超音波の伝搬時間である下流方向
の全伝搬時間ｔD との差Δｔが測定される。
【００３５】また、伝搬時間測定回路９ｂには、前述の
ように、超音波送受信子４ａにより送信され超音波送受
信子４ａに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ａにより送信され超音波送受信子４ｂに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔabが測定される。
ように、超音波送受信子４ａにより送信され超音波送受
信子４ａに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ａにより送信され超音波送受信子４ｂに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔabが測定される。
【００３６】また、伝搬時間測定回路９ｃには、前述の
ように、超音波送受信子４ｃにより送信され超音波送受
信子４ｃに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ｃにより送信され超音波送受信子４ｄに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔcdが測定される。
ように、超音波送受信子４ｃにより送信され超音波送受
信子４ｃに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ｃにより送信され超音波送受信子４ｄに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔcdが測定される。
【００３７】次に、超音波送受信子４ｄおよび４ｂによ
る同時送信の際の動作を説明する。発振回路５の発振に
より超音波送受信子４ｄ，４ｂから同時に送信された超
音波は、各々、伝音材３ｄ，３ｂ、管壁２ｂ、被測定流
体１、管壁２ａ、伝音材３ｃ，３ａを伝播して超音波送
受信子４ｃ，４ａにより受信され、この受信による信号
は、切換回路６、増幅回路７ａ，７ｂ、弁別回路８ａ，
８ｂを通り、伝搬時間測定回路９ａに入力されるととも
に伝搬時間測定回路９ｂ，９ｃに入力される。
る同時送信の際の動作を説明する。発振回路５の発振に
より超音波送受信子４ｄ，４ｂから同時に送信された超
音波は、各々、伝音材３ｄ，３ｂ、管壁２ｂ、被測定流
体１、管壁２ａ、伝音材３ｃ，３ａを伝播して超音波送
受信子４ｃ，４ａにより受信され、この受信による信号
は、切換回路６、増幅回路７ａ，７ｂ、弁別回路８ａ，
８ｂを通り、伝搬時間測定回路９ａに入力されるととも
に伝搬時間測定回路９ｂ，９ｃに入力される。
【００３８】一方、超音波送受信子４ｄ，４ｂにより送
信された超音波のうち、管壁２ｂで反射されたものが、
各々超音波送受信子４ｄ，４ｂに戻って受信され、この
受信による信号は、切換回路６、増幅回路７ｃ，７ｄ、
弁別回路８ｃ，８ｄを通り、伝搬時間測定回路９ｂ，９
ｃに入力される。
信された超音波のうち、管壁２ｂで反射されたものが、
各々超音波送受信子４ｄ，４ｂに戻って受信され、この
受信による信号は、切換回路６、増幅回路７ｃ，７ｄ、
弁別回路８ｃ，８ｄを通り、伝搬時間測定回路９ｂ，９
ｃに入力される。
【００３９】伝搬時間測定回路９ａにおいては、従来例
と同様に、入力された２信号の時間差より、超音波送受
信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａにより受信
された超音波の伝搬時間である上流方向の全伝搬時間
ｔ’U と超音波送受信子４ｄにより送信され超音波送受
信子４ｃにより受信された超音波の伝搬時間である下流
方向の全伝搬時間ｔ’D との差Δｔ’が測定される。
と同様に、入力された２信号の時間差より、超音波送受
信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａにより受信
された超音波の伝搬時間である上流方向の全伝搬時間
ｔ’U と超音波送受信子４ｄにより送信され超音波送受
信子４ｃにより受信された超音波の伝搬時間である下流
方向の全伝搬時間ｔ’D との差Δｔ’が測定される。
【００４０】また、伝搬時間測定回路９ｂには、前述の
ように、超音波送受信子４ｄにより送信され超音波送受
信子４ｄに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ｄにより送信され超音波送受信子４ｃに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔ’cdが測定される。
ように、超音波送受信子４ｄにより送信され超音波送受
信子４ｄに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ｄにより送信され超音波送受信子４ｃに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔ’cdが測定される。
【００４１】また、伝搬時間測定回路９ｃには、前述の
ように、超音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受
信子４ｂに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔ’abが測定される。
ように、超音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受
信子４ｂに受信された超音波による信号と、超音波送受
信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａに受信され
た超音波による信号が入力され、入力された２信号の時
間差ｔ’abが測定される。
【００４２】図３はこの発明の実施の形態１による超音
波測定装置における各伝搬時間等の関係を示す説明図で
あり、（１）には超音波送受信子４ａおよび４ｃによる
同時送信の際の伝搬時間測定回路９ｂに関連したもの
を、（２）には超音波送受信子４ａおよび４ｃによる同
時送信の際の伝搬時間測定回路９ｃに関連したものを、
（３）には超音波送受信子４ｄおよび４ｂによる同時送
信の際の伝搬時間測定回路９ｂに関連したものを、
（４）には超音波送受信子４ｄおよび４ｂによる同時送
信の際の伝搬時間測定回路９ｃに関連したものを示して
いる。
波測定装置における各伝搬時間等の関係を示す説明図で
あり、（１）には超音波送受信子４ａおよび４ｃによる
同時送信の際の伝搬時間測定回路９ｂに関連したもの
を、（２）には超音波送受信子４ａおよび４ｃによる同
時送信の際の伝搬時間測定回路９ｃに関連したものを、
（３）には超音波送受信子４ｄおよび４ｂによる同時送
信の際の伝搬時間測定回路９ｂに関連したものを、
（４）には超音波送受信子４ｄおよび４ｂによる同時送
信の際の伝搬時間測定回路９ｃに関連したものを示して
いる。
【００４３】図において、τa ，τb ，τc ，τd はそ
れぞれ伝音材３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ中の伝搬時間であ
る。また、τD ，τU ，τ’D ，τ’U はそれぞれ、超
音波送受信子４ａにより送信され超音波送受信子４ｂに
受信された超音波の被測定流体１中の下流方向伝搬時
間、超音波送受信子４ｃにより送信され超音波送受信子
４ｄに受信された超音波の被測定流体１中の上流方向伝
搬時間、超音波送受信子４ｄにより送信され超音波送受
信子４ｃに受信された超音波の被測定流体１中の下流方
向伝搬時間、超音波送受信子４ｂにより送信され超音波
送受信子４ａに受信された超音波の被測定流体１中の上
流方向伝搬時間である。また、前述のように、ｔD ，ｔ
U ，ｔ’D ，ｔ’U はそれぞれ、超音波送受信子４ａに
より送信され超音波送受信子４ｂに受信された超音波の
下流方向の全伝搬時間、超音波送受信子４ｃにより送信
され超音波送受信子４ｄに受信された超音波の上流方向
の全伝搬時間、超音波送受信子４ｄにより送信され超音
波送受信子４ｃに受信された超音波の下流方向の全伝搬
時間、超音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受信
子４ａに受信された超音波の上流方向の全伝搬時間であ
る。
れぞれ伝音材３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ中の伝搬時間であ
る。また、τD ，τU ，τ’D ，τ’U はそれぞれ、超
音波送受信子４ａにより送信され超音波送受信子４ｂに
受信された超音波の被測定流体１中の下流方向伝搬時
間、超音波送受信子４ｃにより送信され超音波送受信子
４ｄに受信された超音波の被測定流体１中の上流方向伝
搬時間、超音波送受信子４ｄにより送信され超音波送受
信子４ｃに受信された超音波の被測定流体１中の下流方
向伝搬時間、超音波送受信子４ｂにより送信され超音波
送受信子４ａに受信された超音波の被測定流体１中の上
流方向伝搬時間である。また、前述のように、ｔD ，ｔ
U ，ｔ’D ，ｔ’U はそれぞれ、超音波送受信子４ａに
より送信され超音波送受信子４ｂに受信された超音波の
下流方向の全伝搬時間、超音波送受信子４ｃにより送信
され超音波送受信子４ｄに受信された超音波の上流方向
の全伝搬時間、超音波送受信子４ｄにより送信され超音
波送受信子４ｃに受信された超音波の下流方向の全伝搬
時間、超音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受信
子４ａに受信された超音波の上流方向の全伝搬時間であ
る。
【００４４】（１）においては、超音波送受信子４ａに
より送信され超音波送受信子４ｂに受信された超音波の
下流方向の全伝搬時間ｔD ＝τa ＋τD ＋τb と伝音材
３ａ中の往復伝搬時間２τa との差が前述の伝搬時間測
定回路９ｂに入力された２信号の時間差ｔabに等しいこ
とを示しており、（２）においては、超音波送受信子４
ｃにより送信され超音波送受信子４ｄに受信された超音
波の上流方向の全伝搬時間ｔU ＝τc ＋τU ＋τd と伝
音材３ｃ中の往復伝搬時間２τc との差が前述の伝搬時
間測定回路９ｃに入力された２信号の時間差ｔcdに等し
いことを示しており、（３）においては、超音波送受信
子４ｄにより送信され超音波送受信子４ｃに受信された
超音波の下流方向の全伝搬時間ｔ’D ＝τd ＋τ’D ＋
τc と伝音材３ｄ中の往復伝搬時間２τd との差が前述
の伝搬時間測定回路９ｂに入力された２信号の時間差
ｔ’cdに等しいことを示しており、（４）においては、
超音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａ
に受信された超音波の上流方向の全伝搬時間ｔ’U ＝τ
b ＋τ’U ＋τa と伝音材３ｂ中の往復伝搬時間２τb
との差が前述の伝搬時間測定回路９ｃに入力された２信
号の時間差ｔ’abに等しいことを示している。ここで、
伝搬時間測定回路９ａにおいて測定されたΔｔおよびΔ
ｔ’は次式で表される。
より送信され超音波送受信子４ｂに受信された超音波の
下流方向の全伝搬時間ｔD ＝τa ＋τD ＋τb と伝音材
３ａ中の往復伝搬時間２τa との差が前述の伝搬時間測
定回路９ｂに入力された２信号の時間差ｔabに等しいこ
とを示しており、（２）においては、超音波送受信子４
ｃにより送信され超音波送受信子４ｄに受信された超音
波の上流方向の全伝搬時間ｔU ＝τc ＋τU ＋τd と伝
音材３ｃ中の往復伝搬時間２τc との差が前述の伝搬時
間測定回路９ｃに入力された２信号の時間差ｔcdに等し
いことを示しており、（３）においては、超音波送受信
子４ｄにより送信され超音波送受信子４ｃに受信された
超音波の下流方向の全伝搬時間ｔ’D ＝τd ＋τ’D ＋
τc と伝音材３ｄ中の往復伝搬時間２τd との差が前述
の伝搬時間測定回路９ｂに入力された２信号の時間差
ｔ’cdに等しいことを示しており、（４）においては、
超音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａ
に受信された超音波の上流方向の全伝搬時間ｔ’U ＝τ
b ＋τ’U ＋τa と伝音材３ｂ中の往復伝搬時間２τb
との差が前述の伝搬時間測定回路９ｃに入力された２信
号の時間差ｔ’abに等しいことを示している。ここで、
伝搬時間測定回路９ａにおいて測定されたΔｔおよびΔ
ｔ’は次式で表される。
【００４５】 Δｔ＝ｔU −ｔD ＝（τU −τD ）＋（τc ＋τd −τa −τb ） ・・・（５） Δｔ’＝ｔ’U −ｔ’D ＝（τ’U −τ’D ）−（τc ＋τd −τa −τb ） ・・・（６）
【００４６】両者の平均Δｔ(avg) は次式で表される。 Δｔ(avg) ＝（Δｔ＋Δｔ’）／２ ＝｛（τU −τD ）＋（τ’U −τ’D ）｝／２ ・・・（７） ここでτN として、（ｔab＋ｔ’ab＋ｔcd＋ｔ’cd）／４をとると、 τN ＝（τD ＋τ’U ＋τU ＋τ’D ）／４ ・・・（８） となる。上記のΔｔ(avg) およびτN には被測定流体１
中の伝搬時間しか含まれておらず、伝音材中の伝搬時間
は含まれていない。
中の伝搬時間しか含まれておらず、伝音材中の伝搬時間
は含まれていない。
【００４７】以下において、演算回路１０において演算
される流速Ｖの式について説明する。超音波送受信子４
ａから送信され超音波送受信子４ｂにより受信される超
音波、および超音波送受信子４ｄにより送信され超音波
送受信子４ｃにより受信される超音波の被測定流体１中
の伝搬速度は、音速Ｃに流速Ｖの超音波伝搬方向への成
分Ｖｃｏｓθ（入射角をθとする）が加わり、Ｃ＋Ｖｃ
ｏｓθとなる。逆に超音波送受信子４ｃにより送信され
超音波送受信子４ｄにより受信される超音波、および超
音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａに
より受信される超音波の被測定流体１中の伝搬速度は、
Ｃ−Ｖｃｏｓθとなる。
される流速Ｖの式について説明する。超音波送受信子４
ａから送信され超音波送受信子４ｂにより受信される超
音波、および超音波送受信子４ｄにより送信され超音波
送受信子４ｃにより受信される超音波の被測定流体１中
の伝搬速度は、音速Ｃに流速Ｖの超音波伝搬方向への成
分Ｖｃｏｓθ（入射角をθとする）が加わり、Ｃ＋Ｖｃ
ｏｓθとなる。逆に超音波送受信子４ｃにより送信され
超音波送受信子４ｄにより受信される超音波、および超
音波送受信子４ｂにより送信され超音波送受信子４ａに
より受信される超音波の被測定流体１中の伝搬速度は、
Ｃ−Ｖｃｏｓθとなる。
【００４８】従って、下流方向の被測定流体１中の伝搬
時間τD およびτ’D と、上流方向の被測定流体１中の
伝搬時間τU およびτ’U は、管路の内径をｄとする
と、次式により与えられる。
時間τD およびτ’D と、上流方向の被測定流体１中の
伝搬時間τU およびτ’U は、管路の内径をｄとする
と、次式により与えられる。
【００４９】 τD ＝τ’D ＝ｄ／（ｓｉｎθ（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）） ・・・（９） τU ＝τ’U ＝ｄ／（ｓｉｎθ（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）） ・・・（１０）
【００５０】式（９）および式（１０）よりＶを求める
と、 Ｖ＝ｄ（τU −τD ）／２ｓｉｎθｃｏｓθ・（τD τU ） ・・・（１１） ＝ｄ・Δτ／ｓｉｎ２θ・（τD τU ） ・・・（１２） となる。なお、Δτ＝τU −τD である。
と、 Ｖ＝ｄ（τU −τD ）／２ｓｉｎθｃｏｓθ・（τD τU ） ・・・（１１） ＝ｄ・Δτ／ｓｉｎ２θ・（τD τU ） ・・・（１２） となる。なお、Δτ＝τU −τD である。
【００５１】ここで、τ(avg)＝（τU ＋τD ）／２と
おけば、 τD τU ＝（τ(avg) −Δτ／２）（τ(avg) ＋Δτ／２） ＝τ(avg) 2−Δτ2 ／４ 〜τ(avg) 2 ・・・（１３） である。従って、式（１２）および式（１３）より Ｖ＝ｄ・Δτ／ｓｉｎ２θ・［（τD ＋τU ）／２］2 ・・・（１４） となる。なお、τD ＝τ’D ，τU ＝τ’U であるた
め、τD の代わりにτ’Dを、τU の代わりにτ’U を
用いることもできる。
おけば、 τD τU ＝（τ(avg) −Δτ／２）（τ(avg) ＋Δτ／２） ＝τ(avg) 2−Δτ2 ／４ 〜τ(avg) 2 ・・・（１３） である。従って、式（１２）および式（１３）より Ｖ＝ｄ・Δτ／ｓｉｎ２θ・［（τD ＋τU ）／２］2 ・・・（１４） となる。なお、τD ＝τ’D ，τU ＝τ’U であるた
め、τD の代わりにτ’Dを、τU の代わりにτ’U を
用いることもできる。
【００５２】上記のように被測定流体１の流速Ｖは式
（１４）で与えられるが、式（１４）中のΔτ＝τU −
τD として、式（７）の関係を満たすΔｔ(avg) ＝（Δ
ｔ＋Δｔ’）／２を用いることができる。また、式（１
４）中の（τD ＋τU ）／２として式（８）の関係を満
たすτN ＝（ｔab＋ｔ’ab＋ｔcd＋ｔ’cd）／４を用い
ることができる。
（１４）で与えられるが、式（１４）中のΔτ＝τU −
τD として、式（７）の関係を満たすΔｔ(avg) ＝（Δ
ｔ＋Δｔ’）／２を用いることができる。また、式（１
４）中の（τD ＋τU ）／２として式（８）の関係を満
たすτN ＝（ｔab＋ｔ’ab＋ｔcd＋ｔ’cd）／４を用い
ることができる。
【００５３】従って、演算回路１０は伝搬時間測定回路
９ａにおいて測定されたΔｔおよびΔｔ’、そして、伝
搬時間測定回路９ｂおよび９ｃにおいて測定された
ｔab，ｔ’ab，ｔcd，ｔ’cdを用いて、Δｔ(avg) およ
びτN を演算し、これらの値を式（１４）中のΔτおよ
び（τD ＋τU ）／２に用いて流速Ｖを演算する。上記
のΔｔ(avg) およびτN には式（７）および式（８）に
示したように被測定流体１中の伝搬時間しか含まれてお
らず、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間は含まれていない
ため、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間への温度変化の影
響による測定誤差を除去し、測定精度を向上させた流速
Ｖの測定を行うことができる。
９ａにおいて測定されたΔｔおよびΔｔ’、そして、伝
搬時間測定回路９ｂおよび９ｃにおいて測定された
ｔab，ｔ’ab，ｔcd，ｔ’cdを用いて、Δｔ(avg) およ
びτN を演算し、これらの値を式（１４）中のΔτおよ
び（τD ＋τU ）／２に用いて流速Ｖを演算する。上記
のΔｔ(avg) およびτN には式（７）および式（８）に
示したように被測定流体１中の伝搬時間しか含まれてお
らず、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間は含まれていない
ため、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間への温度変化の影
響による測定誤差を除去し、測定精度を向上させた流速
Ｖの測定を行うことができる。
【００５４】この実施の形態１の超音波測定装置は、被
測定流体１の流速Ｖを求めるとともに、被測定流体１の
超音波伝搬速度（音速Ｃ）の温度依存性を利用して、被
測定流体１の温度Ｔを求めるものであり、以下におい
て、温度測定について説明する。
測定流体１の流速Ｖを求めるとともに、被測定流体１の
超音波伝搬速度（音速Ｃ）の温度依存性を利用して、被
測定流体１の温度Ｔを求めるものであり、以下におい
て、温度測定について説明する。
【００５５】被測定流体１中の音速Ｃは、ａおよびｂを
被測定流体１に応じた定数とし、温度Ｔを用いて、ａ−
ｂＴと表され、また、音速Ｃは、ｄおよびθを前記の管
路の内径および入射角として、ｄ／（ｓｉｎθ・（τD
＋τU ）／２）と表されるため、温度Ｔは近似的に次式
で表される。 Ｔ＝｛ａ2 ｓｉｎθ・（τD ＋τU ）／２｝／ｂｄ−ａ／ｂ ・・・（１５）
被測定流体１に応じた定数とし、温度Ｔを用いて、ａ−
ｂＴと表され、また、音速Ｃは、ｄおよびθを前記の管
路の内径および入射角として、ｄ／（ｓｉｎθ・（τD
＋τU ）／２）と表されるため、温度Ｔは近似的に次式
で表される。 Ｔ＝｛ａ2 ｓｉｎθ・（τD ＋τU ）／２｝／ｂｄ−ａ／ｂ ・・・（１５）
【００５６】前述のように、式（１５）中の（τD ＋τ
U ）／２として、式（８）の関係を満たすτN ＝（ｔab
＋ｔ’ab＋ｔcd＋ｔ’cd）／４を用いることができ、従
って、演算回路１０は伝搬時間測定回路９ｂおよび９ｃ
において測定されたｔab，ｔ’ab，ｔcd，ｔ’cdを用い
てτN を演算し、この値を式（１５）中の（τD ＋
τU ）／２に用いて温度Ｔを演算する。上記のτN には
式（８）に示したように被測定流体１中の伝搬時間しか
含まれておらず、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間は含ま
れていないため、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間への温
度変化の影響による測定誤差を除去し、測定精度を向上
させた温度Ｔの測定を行うことができる。
U ）／２として、式（８）の関係を満たすτN ＝（ｔab
＋ｔ’ab＋ｔcd＋ｔ’cd）／４を用いることができ、従
って、演算回路１０は伝搬時間測定回路９ｂおよび９ｃ
において測定されたｔab，ｔ’ab，ｔcd，ｔ’cdを用い
てτN を演算し、この値を式（１５）中の（τD ＋
τU ）／２に用いて温度Ｔを演算する。上記のτN には
式（８）に示したように被測定流体１中の伝搬時間しか
含まれておらず、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間は含ま
れていないため、伝音材３ａ〜３ｄ中の伝搬時間への温
度変化の影響による測定誤差を除去し、測定精度を向上
させた温度Ｔの測定を行うことができる。
【００５７】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、伝音材中の伝搬時間に関する観測を行い、観測によ
り全伝搬時間から前記伝音材中の伝搬時間を差し引いた
伝搬時間を用いて、被測定流体の流速および温度を求め
ているため、伝音材中の伝搬時間への温度変化の影響に
よる測定誤差を除去し、測定精度を向上させた流速測定
および温度測定を行うことができる。
ば、伝音材中の伝搬時間に関する観測を行い、観測によ
り全伝搬時間から前記伝音材中の伝搬時間を差し引いた
伝搬時間を用いて、被測定流体の流速および温度を求め
ているため、伝音材中の伝搬時間への温度変化の影響に
よる測定誤差を除去し、測定精度を向上させた流速測定
および温度測定を行うことができる。
【００５８】また、上流方向伝搬時間と下流方向伝搬時
間との平均を用いているため、温度測定に対する流速の
影響を上流下流の平均により除去して測定誤差を低減す
ることができる。
間との平均を用いているため、温度測定に対する流速の
影響を上流下流の平均により除去して測定誤差を低減す
ることができる。
【００５９】さらに、伝音材中の管路側端部からの反射
波を用いて、伝音材中の伝搬時間に関する観測を行うよ
うにしているため、超音波の送信を行う超音波送受信子
を用いて超音波を受信して、伝音材中の伝搬時間に関す
る観測を行うことができ、装置構造の単純化を図ること
ができる。
波を用いて、伝音材中の伝搬時間に関する観測を行うよ
うにしているため、超音波の送信を行う超音波送受信子
を用いて超音波を受信して、伝音材中の伝搬時間に関す
る観測を行うことができ、装置構造の単純化を図ること
ができる。
【００６０】さらに、超音波送受信子および伝音材を２
対設けて上流方向と下流方向の伝搬を同時に行い、同時
送信の上流方向と下流方向超音波の全伝搬時間差の測定
を行っているため、極めて短い全伝搬時間差の測定を、
測定スパンの短い高分解能の伝搬時間測定回路を用いて
高精度に、かつ、短時間に行うことができる。
対設けて上流方向と下流方向の伝搬を同時に行い、同時
送信の上流方向と下流方向超音波の全伝搬時間差の測定
を行っているため、極めて短い全伝搬時間差の測定を、
測定スパンの短い高分解能の伝搬時間測定回路を用いて
高精度に、かつ、短時間に行うことができる。
【００６１】実施の形態２．前記実施の形態１において
は、超音波送受信子および伝音材を２対設け、超音波送
受信子４ａおよび４ｃによる同時送信と超音波送受信子
４ｄおよび４ｂによる同時送信とを用いたが、例えば、
超音波送受信子および伝音材を、図１における超音波送
受信子４ａ，４ｂおよび伝音材３ａ，３ｂの１対のみ設
け、超音波送受信子４ａによる送信と超音波送受信子４
ｂによる送信とを繰り返すことにより、流速および温度
を求めるようにすることもできる。この場合、同時送信
を行わないため、伝搬時間測定回路９ａにおいて前記実
施の形態１におけるように同時送信の超音波の全伝搬時
間差の測定は行わず、前記従来例における伝搬時間測定
回路９ｂと同様にして上流方向の全伝搬時間ｔ’U と下
流方向の全伝搬時間ｔDの測定を行う。
は、超音波送受信子および伝音材を２対設け、超音波送
受信子４ａおよび４ｃによる同時送信と超音波送受信子
４ｄおよび４ｂによる同時送信とを用いたが、例えば、
超音波送受信子および伝音材を、図１における超音波送
受信子４ａ，４ｂおよび伝音材３ａ，３ｂの１対のみ設
け、超音波送受信子４ａによる送信と超音波送受信子４
ｂによる送信とを繰り返すことにより、流速および温度
を求めるようにすることもできる。この場合、同時送信
を行わないため、伝搬時間測定回路９ａにおいて前記実
施の形態１におけるように同時送信の超音波の全伝搬時
間差の測定は行わず、前記従来例における伝搬時間測定
回路９ｂと同様にして上流方向の全伝搬時間ｔ’U と下
流方向の全伝搬時間ｔDの測定を行う。
【００６２】次に動作について説明する。動作は前記実
施の形態１のものに準ずるが、図３における諸量のうち
（１）と（４）のものを用いる。流速Ｖの式（１４）中
のΔτ＝τU −τD として、ｔ’U −ｔD ＝τ’U −τ
D を用い、また、式（１４）および式（１５）中の（τ
D＋τU ）／２として、（ｔab＋ｔ’ab）／２＝（τD
＋τ’U ）／２を用いることができ、演算回路１０は伝
搬時間測定回路９ａにおいて測定されたｔ’U およびｔ
D 、そして、伝搬時間測定回路９ｂおよび９ｃにおいて
測定されたｔabおよびｔ’abを用いて、式（１４）およ
び式（１５）により流速Ｖおよび温度Ｔを演算する。こ
の場合も、ｔ’U −ｔD および（ｔab＋ｔ’ab）／２に
は被測定流体１中の伝搬時間しか含まれておらず、伝音
材３ａ，３ｂ中の伝搬時間は含まれていないため、伝音
材３ａ，３ｂ中の伝搬時間への温度変化の影響による測
定誤差を除去し、測定精度を向上させた流速Ｖおよび温
度Ｔの測定を行うことができる。
施の形態１のものに準ずるが、図３における諸量のうち
（１）と（４）のものを用いる。流速Ｖの式（１４）中
のΔτ＝τU −τD として、ｔ’U −ｔD ＝τ’U −τ
D を用い、また、式（１４）および式（１５）中の（τ
D＋τU ）／２として、（ｔab＋ｔ’ab）／２＝（τD
＋τ’U ）／２を用いることができ、演算回路１０は伝
搬時間測定回路９ａにおいて測定されたｔ’U およびｔ
D 、そして、伝搬時間測定回路９ｂおよび９ｃにおいて
測定されたｔabおよびｔ’abを用いて、式（１４）およ
び式（１５）により流速Ｖおよび温度Ｔを演算する。こ
の場合も、ｔ’U −ｔD および（ｔab＋ｔ’ab）／２に
は被測定流体１中の伝搬時間しか含まれておらず、伝音
材３ａ，３ｂ中の伝搬時間は含まれていないため、伝音
材３ａ，３ｂ中の伝搬時間への温度変化の影響による測
定誤差を除去し、測定精度を向上させた流速Ｖおよび温
度Ｔの測定を行うことができる。
【００６３】この実施の形態２によれば、前記実施の形
態１の場合のように同時送信を行わないため、極めて短
い全伝搬時間差の測定を測定スパンの短い高分解能の伝
搬時間測定回路を用いて高精度にかつ短時間に行うこと
はできないが、単純な装置構成により、ほぼ前記実施の
形態１と同様な効果が得られる。
態１の場合のように同時送信を行わないため、極めて短
い全伝搬時間差の測定を測定スパンの短い高分解能の伝
搬時間測定回路を用いて高精度にかつ短時間に行うこと
はできないが、単純な装置構成により、ほぼ前記実施の
形態１と同様な効果が得られる。
【００６４】実施の形態３．前記実施の形態１および２
においては、伝音材中の管路側端部からの反射波を用い
て伝音材中の伝搬時間に関する観測を行ったが、伝音材
と管路の接続部付近に超音波を受信する超音波送受信子
等を設け、実際に伝音材毎の超音波の伝搬時間を測定
し、全伝搬時間から差し引くようにしてもよく、同様
に、伝音材中の伝搬時間への温度変化の影響による測定
誤差を除去し、測定精度を向上させた流速Ｖおよび温度
Ｔの測定を行うことができる。
においては、伝音材中の管路側端部からの反射波を用い
て伝音材中の伝搬時間に関する観測を行ったが、伝音材
と管路の接続部付近に超音波を受信する超音波送受信子
等を設け、実際に伝音材毎の超音波の伝搬時間を測定
し、全伝搬時間から差し引くようにしてもよく、同様
に、伝音材中の伝搬時間への温度変化の影響による測定
誤差を除去し、測定精度を向上させた流速Ｖおよび温度
Ｔの測定を行うことができる。
【００６５】実施の形態４．前記実施の形態１および２
においては、伝音材に加工を施すことなく管路壁面にお
ける反射波を利用して、伝音材中の伝搬時間に関する観
測を行ったが、伝音材端部に反射構造を設けるようにし
てもよい。
においては、伝音材に加工を施すことなく管路壁面にお
ける反射波を利用して、伝音材中の伝搬時間に関する観
測を行ったが、伝音材端部に反射構造を設けるようにし
てもよい。
【００６６】図４はこの発明の実施の形態４による超音
波測定装置の伝音材端部の構造および超音波の反射の様
子を示す説明図であり、図において、１１ａは反射面
（反射構造）、１１ｂは反射溝（反射構造）である。な
お、図１に示した部分と同一または相当の部分について
は同一符号を付して重複説明を省略する。
波測定装置の伝音材端部の構造および超音波の反射の様
子を示す説明図であり、図において、１１ａは反射面
（反射構造）、１１ｂは反射溝（反射構造）である。な
お、図１に示した部分と同一または相当の部分について
は同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６７】次に動作について説明する。図４（ａ）に
おいては、伝音材３ａの図中下半部を伝搬して管壁２ａ
と被測定流体１との境界において反射した超音波が、伝
音材３ａ側面に形成された平面状の反射面１１ａにより
良好に反射されて超音波を送信した超音波送受信子４ａ
に戻る。この場合、長くなった伝搬距離の補正を適切に
行う。
おいては、伝音材３ａの図中下半部を伝搬して管壁２ａ
と被測定流体１との境界において反射した超音波が、伝
音材３ａ側面に形成された平面状の反射面１１ａにより
良好に反射されて超音波を送信した超音波送受信子４ａ
に戻る。この場合、長くなった伝搬距離の補正を適切に
行う。
【００６８】また、図４（ｂ）においては、伝音材３ａ
の図中上部を伝搬した超音波が、伝音材３ａ側面に刻ま
れた溝状の反射溝１１ｂにより良好に反射されて超音波
を送信した超音波送受信子４ａに戻る。
の図中上部を伝搬した超音波が、伝音材３ａ側面に刻ま
れた溝状の反射溝１１ｂにより良好に反射されて超音波
を送信した超音波送受信子４ａに戻る。
【００６９】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、伝音材の管壁への設置角度に依存せず、確実に良好
な反射波を得ることができ、伝音材中の伝搬時間に関す
る観測を確実に行うことができる。
ば、伝音材の管壁への設置角度に依存せず、確実に良好
な反射波を得ることができ、伝音材中の伝搬時間に関す
る観測を確実に行うことができる。
【００７０】実施の形態５．前記各実施の形態において
は、上下流方向の超音波の伝搬による流速測定を可能と
するために伝音材を管壁に対して斜め方向に設置してい
るが、流速測定を行わず温度測定のみを行うような場合
にはその必要がなく、図５に示すように、管壁２ａ，２
ｂに対して垂直に設置してよい。
は、上下流方向の超音波の伝搬による流速測定を可能と
するために伝音材を管壁に対して斜め方向に設置してい
るが、流速測定を行わず温度測定のみを行うような場合
にはその必要がなく、図５に示すように、管壁２ａ，２
ｂに対して垂直に設置してよい。
【００７１】この実施の形態５によれば、流速の影響が
出ない超音波の垂直方向の伝搬を用いることができるた
め、流速の影響を除去して測定誤差を低減し、測定精度
を向上させた温度測定を行うことができるとともに、超
音波の伝搬方向が管壁に対して垂直となるため、伝音材
中の伝搬時間に関する観測を反射波を用いる場合に容易
に反射を得ることができる。なお、図５に示したように
伝音材を１対のみの設置とせず、管路周囲の円周上に管
路を挟んで伝音材を複数対設置して、それらの平均をと
るようにしてもよく、さらに、管路の変形による測定誤
差を低減することができる。
出ない超音波の垂直方向の伝搬を用いることができるた
め、流速の影響を除去して測定誤差を低減し、測定精度
を向上させた温度測定を行うことができるとともに、超
音波の伝搬方向が管壁に対して垂直となるため、伝音材
中の伝搬時間に関する観測を反射波を用いる場合に容易
に反射を得ることができる。なお、図５に示したように
伝音材を１対のみの設置とせず、管路周囲の円周上に管
路を挟んで伝音材を複数対設置して、それらの平均をと
るようにしてもよく、さらに、管路の変形による測定誤
差を低減することができる。
【００７２】実施の形態６．前記実施の形態５において
は、管路の両側に伝音材３ａ，３ｂを設置しているが、
図６に示すように伝音材３ａの片側のみとし、管壁２ａ
および反対側管壁２ｂからの反射波を用いて伝音材３ａ
中の伝搬時間および全伝搬時間に関する観測を行うよう
にすることも可能である。
は、管路の両側に伝音材３ａ，３ｂを設置しているが、
図６に示すように伝音材３ａの片側のみとし、管壁２ａ
および反対側管壁２ｂからの反射波を用いて伝音材３ａ
中の伝搬時間および全伝搬時間に関する観測を行うよう
にすることも可能である。
【００７３】この実施の形態６によれば、極めて単純な
装置構成により、前記実施の形態５とほぼ同様な効果が
得られる。
装置構成により、前記実施の形態５とほぼ同様な効果が
得られる。
【００７４】なお、上記各実施の形態の説明において
は、被測定流体１の流速および温度を測定する場合につ
いて説明したが、この発明はこれに限らず超音波を用い
た測定一般に適用することができるものであることはい
うまでもなく、同様に伝音材中の伝搬時間への温度変化
の影響による測定誤差を除去し、測定精度を向上させる
ことが可能である。
は、被測定流体１の流速および温度を測定する場合につ
いて説明したが、この発明はこれに限らず超音波を用い
た測定一般に適用することができるものであることはい
うまでもなく、同様に伝音材中の伝搬時間への温度変化
の影響による測定誤差を除去し、測定精度を向上させる
ことが可能である。
【００７５】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、伝音材中の伝搬時間に関する観測を行い、前記観
測により全伝搬時間から前記伝音材中の伝搬時間を差し
引いた伝搬時間を用いて、前記被測定流体に関する測定
量を求めるように構成したので、伝音材中の伝搬時間へ
の温度変化の影響による測定誤差を除去し、測定精度を
向上させることができる効果がある。
れば、伝音材中の伝搬時間に関する観測を行い、前記観
測により全伝搬時間から前記伝音材中の伝搬時間を差し
引いた伝搬時間を用いて、前記被測定流体に関する測定
量を求めるように構成したので、伝音材中の伝搬時間へ
の温度変化の影響による測定誤差を除去し、測定精度を
向上させることができる効果がある。
【００７６】請求項２記載の発明によれば、超音波送受
信子および伝音材を、被測定流体の流れに対して斜め方
向に超音波が横断するように設け、前記流れの上流方向
と下流方向へ超音波を伝搬させて二方向の伝搬時間の差
を用いて前記被測定流体の流速を求める超音波測定装置
に請求項１の構成を採用するように構成したので、伝音
材中の伝搬時間への温度変化の影響による測定誤差を除
去し、測定精度を向上させた流速測定を行うことができ
る効果がある。
信子および伝音材を、被測定流体の流れに対して斜め方
向に超音波が横断するように設け、前記流れの上流方向
と下流方向へ超音波を伝搬させて二方向の伝搬時間の差
を用いて前記被測定流体の流速を求める超音波測定装置
に請求項１の構成を採用するように構成したので、伝音
材中の伝搬時間への温度変化の影響による測定誤差を除
去し、測定精度を向上させた流速測定を行うことができ
る効果がある。
【００７７】請求項３記載の発明によれば、被測定流体
の流速を求めるとともに、伝搬時間を用いて被測定流体
の温度を求めるように構成したので、伝音材中の伝搬時
間への温度変化の影響による測定誤差を除去し、測定精
度を向上させた流速測定を行うとともに、測定精度を向
上させた被測定流体の温度測定を行うことができる効果
がある。
の流速を求めるとともに、伝搬時間を用いて被測定流体
の温度を求めるように構成したので、伝音材中の伝搬時
間への温度変化の影響による測定誤差を除去し、測定精
度を向上させた流速測定を行うとともに、測定精度を向
上させた被測定流体の温度測定を行うことができる効果
がある。
【００７８】請求項４記載の発明によれば、上流方向伝
搬時間と下流方向伝搬時間との平均を用いて被測定流体
の温度を求めるように構成したので、測定に対する流速
の影響を上流下流の平均により除去することができ、流
速の影響を除去して測定誤差を低減し、測定精度を向上
させることができる効果がある。
搬時間と下流方向伝搬時間との平均を用いて被測定流体
の温度を求めるように構成したので、測定に対する流速
の影響を上流下流の平均により除去することができ、流
速の影響を除去して測定誤差を低減し、測定精度を向上
させることができる効果がある。
【００７９】請求項５記載の発明によれば、伝搬時間を
用いて被測定流体の温度を求めるように構成したので、
伝音材中の伝搬時間への温度変化の影響による測定誤差
を除去し、測定精度を向上させた温度測定を行うことが
できる効果がある。
用いて被測定流体の温度を求めるように構成したので、
伝音材中の伝搬時間への温度変化の影響による測定誤差
を除去し、測定精度を向上させた温度測定を行うことが
できる効果がある。
【００８０】請求項６記載の発明によれば、伝音材を管
路に垂直に設置するように構成したので、流速の影響が
出ない超音波の垂直方向の伝搬を用いることができ、流
速の影響を除去して測定誤差を低減し、測定精度を向上
させた温度測定を行うことができるとともに、伝音材中
の伝搬時間に関する観測を反射波を用いて行う場合には
反射波を容易に得ることができる効果がある。
路に垂直に設置するように構成したので、流速の影響が
出ない超音波の垂直方向の伝搬を用いることができ、流
速の影響を除去して測定誤差を低減し、測定精度を向上
させた温度測定を行うことができるとともに、伝音材中
の伝搬時間に関する観測を反射波を用いて行う場合には
反射波を容易に得ることができる効果がある。
【００８１】請求項７記載の発明によれば、伝音材中の
管路側端部からの反射波を用いて、伝音材中の伝搬時間
に関する観測を行うように構成したので、超音波の送信
を行う超音波送受信子を用いて超音波を受信して、伝音
材中の伝搬時間に関する観測を行うことができ、装置の
構造を単純化することができる効果がある。
管路側端部からの反射波を用いて、伝音材中の伝搬時間
に関する観測を行うように構成したので、超音波の送信
を行う超音波送受信子を用いて超音波を受信して、伝音
材中の伝搬時間に関する観測を行うことができ、装置の
構造を単純化することができる効果がある。
【００８２】請求項８記載の発明によれば、伝音材の管
路側端部に反射構造を設けるように構成したので、伝音
材の管壁への設置角度に依存せず、確実に良好な反射波
を得ることができ、伝音材中の伝搬時間に関する観測を
確実に行うことができる効果がある。
路側端部に反射構造を設けるように構成したので、伝音
材の管壁への設置角度に依存せず、確実に良好な反射波
を得ることができ、伝音材中の伝搬時間に関する観測を
確実に行うことができる効果がある。
【図１】 この発明の実施の形態１による超音波測定装
置を示す構成図である。
置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による超音波測定装
置における伝音材中の反射の様子を示す説明図である。
置における伝音材中の反射の様子を示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による超音波測定装
置における各伝搬時間等の関係を示す説明図である。
置における各伝搬時間等の関係を示す説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態４による超音波測定装
置の伝音材端部の構造および超音波の反射の様子を示す
説明図である。
置の伝音材端部の構造および超音波の反射の様子を示す
説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態５による超音波測定装
置における伝音材の設置状態および超音波の反射の様子
を示す説明図である。
置における伝音材の設置状態および超音波の反射の様子
を示す説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態６による超音波測定装
置における伝音材の設置状態および超音波の反射の様子
を示す説明図である。
置における伝音材の設置状態および超音波の反射の様子
を示す説明図である。
【図７】 従来の超音波測定装置を示す構成図である。
１ 被測定流体、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 伝音材、４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ超音波送受信子、１１ａ 反射面
（反射構造）、１１ｂ 反射溝（反射構造）。
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ超音波送受信子、１１ａ 反射面
（反射構造）、１１ｂ 反射溝（反射構造）。
Claims (8)
- 【請求項１】 被測定流体が流れる管路を挟んで設けら
れた超音波送受信子と、前記超音波送受信子と前記管路
との間に設けられて超音波を伝達する伝音材とを備え、
前記超音波送受信子における超音波の送受信により測定
される超音波の全伝搬時間を用いて前記被測定流体に関
する測定量を求める超音波測定装置において、前記伝音
材中の伝搬時間に関する観測を行い、前記観測により前
記全伝搬時間から前記伝音材中の伝搬時間を差し引いた
伝搬時間を用いて、前記被測定流体に関する測定量を求
めることを特徴とする超音波測定装置。 - 【請求項２】 超音波送受信子および伝音材は、被測定
流体の流れに対して斜め方向に超音波が横断するように
設けられ、前記流れの上流方向と下流方向へ超音波を伝
搬させて二方向の伝搬時間の差を用いて前記被測定流体
の流速を求めることを特徴とする請求項１記載の超音波
測定装置。 - 【請求項３】 被測定流体の流速を求めるとともに、伝
搬時間を用いて被測定流体の温度を求めることを特徴と
する請求項２記載の超音波測定装置。 - 【請求項４】 上流方向伝搬時間と下流方向伝搬時間と
の平均を用いて被測定流体の温度を求めることを特徴と
する請求項３記載の超音波測定装置。 - 【請求項５】 伝搬時間を用いて被測定流体の温度を求
めることを特徴とする請求項１記載の超音波測定装置。 - 【請求項６】 伝音材は管路に垂直に設置されているこ
とを特徴とする請求項５記載の超音波測定装置。 - 【請求項７】 伝音材中の管路側端部からの反射波を用
いて、伝音材中の伝搬時間に関する観測を行うことを特
徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記
載の超音波測定装置。 - 【請求項８】 伝音材の管路側端部に反射構造を設けた
ことを特徴とする請求項７記載の超音波測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8108054A JPH09292270A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 超音波測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8108054A JPH09292270A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 超音波測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09292270A true JPH09292270A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14474756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8108054A Pending JPH09292270A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 超音波測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09292270A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075227A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Osaka Gas Co Ltd | ガスメータ |
| EP3744987A1 (en) * | 2019-05-27 | 2020-12-02 | Hamilton Sundstrand Corporation | Ultrasonic position detection temperature calibration |
| EP3808994A1 (en) * | 2019-10-17 | 2021-04-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Performance enhancement of controllers for varying temperature conditions in hydraulic actuators |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP8108054A patent/JPH09292270A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075227A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Osaka Gas Co Ltd | ガスメータ |
| EP3744987A1 (en) * | 2019-05-27 | 2020-12-02 | Hamilton Sundstrand Corporation | Ultrasonic position detection temperature calibration |
| EP3808994A1 (en) * | 2019-10-17 | 2021-04-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Performance enhancement of controllers for varying temperature conditions in hydraulic actuators |
| US11078937B2 (en) | 2019-10-17 | 2021-08-03 | Hamilton Sunstrand Corporation | Performance enhancement of controllers for varying temperature conditions in hydraulic actuators |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050125 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050201 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050607 |