JPH1019691A

JPH1019691A - 音響式温度計

Info

Publication number: JPH1019691A
Application number: JP17800896A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Imada; 典幸今田; Hidehisa Yoshizako; 秀久吉廻
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定場の騒音が大きくても、確実に温度の
測定を行うことができる音響式温度計を提供すること。【解決手段】ボイラの水壁４にはホーン５、送信用導
波管６を介してスピーカ２Ａ、２Ｂが設置され、受信用
導波管７を介してマイクロフォン３が設置される。スピ
ーカ２Ａ、２Ｂには波形発生部２２Ａ、２２Ｂが接続さ
れ制御器１１０により制御される。制御器１１０は最初
に波形発生部２２Ａを作動させ、所定時間（2 ｍｓ）後
に波形発生部２２Ｂを作動させ、これによりスピーカ２
２Ａ、２２Ｂから所定時間間隔で２つの音波が火炉内に
送信され、それらが図示しない他の音響式温度計のマイ
クロフォンで受信される。所定時間間隔の２つの音波を
用いるので、雑音に影響されずに確実な受信が行われ、
確実な温度測定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の温度を音響
を用いて測定する音響式温度計に関し、特に高温で、か
つ、被測定場の騒音が大きい事業用ボイラ内部の温度測
定に好適な音響式温度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダクト内を流れる流体の温度を測定する
方法の一つとして、流体中の音速が温度によって変化す
ることを利用する測定方法がある。この方法を図１３に
より説明する。図１３は音響式温度計を説明する図であ
る。この図で、１はガス体のような被測定流体、２は音
響送信器、３は音響受信器である。音響送信器２から送
信された音波は被測定流体１を通って音響受信器３で受
信され、受信された音波に比例した電気信号が出力され
る。ここで、被測定流体１中の音速をｃ（m/s ）、被測
定流体１の組成により定まる定数をα、被測定流体１の
温度をＴ（Ｋ）とすると、これらは次式の関係にある。ｃ＝α・Ｔ^1/2…………（１）又、音響送信器２から送信された音波が音響受信器３で
受信されるまでの時間をｔ、音響送信器２と音響受信器
３との間の距離をＬとすると、時間ｔは次式で表され
る。ｔ＝Ｌ／ｃ…………（２）（２）式の音速ｃを（１）式に代入するとＬ／ｔ＝α・Ｔ^1/2…………（３）となる。距離Ｌは既知（実測、又は設計図等の図面に基
づいて算出される）であるから、時間ｔを測定すれば温
度Ｔを得ることができる。

【０００３】図１４は高温ガスの温度の測定に用いる音
響式温度計を示す図である。この図で、２は音響送信器
（スピーカ）、３は音響受信器（マイクロフォン）であ
る。４は例えば事業用ボイラの水壁を示し、内部に高温
ガスが発生している。５は水壁４の一部に取り付けたホ
ーン、６はスピーカ２とホーン５とを連結する送信用導
波管、７は一端が水壁４の一部に取り付けられ他端がマ
イクロフォン３に連結された受信用導波管である。スピ
ーカ２から送信された音波は送信用導波管６、ホーン
５、水壁４で囲まれた高温ガス、および受信用導波管７
を通ってマイクロフォン３に達する。この間の伝播時間
ｔを測定すれば上記（３）式を演算することによりボイ
ラ中の高温ガスの温度を得ることができる。

【０００４】図１５はボイラにおける音響式温度計の設
置状態を示す図である。この図で、４はボイラの水壁、
Ｓ₁ 〜Ｓ_n は水壁４に設置された音響式温度計を示す。
通常、各音響式温度計Ｓ₁ 〜Ｓ_n はスピーカ２とマイク
ロフォン３の両者を備えている。１つの音響式温度計か
ら送信された音波は、他の音響式温度計のマイクロフォ
ンにより受信される。音波を送信する音響式温度計を順
次ずらしてゆくことにより、ボイラ内の温度分布を測定
することができる。このような装置は、例えば、特開昭
６３−２３１６８２号公報に示されている。

【０００５】図１６は音響式温度計の制御部のブロック
図である。この図で、図１４に示す部分と同一又は等価
な部分には同一符号を付して説明を省略する。なお、図
中、左側の音響式温度計を構成する各部には符号ａが、
又、右側の音響式温度計を構成する各部には符号ｂが付
してある。又、図では説明を容易にするために２つの音
響式温度計のみ示されているが、任意の数だけ設けるこ
とができるのは当然である。

【０００６】８ａ、８ｂはマイクロフォン３ａ、３ｂの
受信信号を増幅する増幅器を示す。１０は演算・制御部
であり、各音響式温度計の音波の送信を切り換えるとと
もに、当該音波の受信信号を演算処理して温度を演算す
る機能を有する。演算・制御部１０は、制御器１１、波
形発生部１２、音響式温度計の切換を行うリレー１３、
受信信号を増幅する増幅器１４ａ、１４ｂ、雑音除去用
のフィルタ１５ａ、１５ｂ、Ａ／Ｄ変換器１６、伝播時
間検出器１７、伝播時間補正器１８、伝播距離データ記
憶部１９、温度演算器２０、および表示器２１で構成さ
れている。なお、波形発生部１２は、電源１２ａ、コン
デンサ１２ｂ、およびスイッチング手段１２ｃで構成さ
れている。

【０００７】上記演算・制御部１０の動作の概略を図１
７に示す波形発生部１２のブロック図を参照して説明す
る。波形発生部１２のコンデンサ１２ｂは電源１２ａに
接続されて、電荷が蓄積されている。制御器１１から信
号によりスイッチング手段１２ｃが所定時間閉状態にさ
れると、コンデンサ１２ｂに蓄積された電荷が、リレー
１３を用いて制御器１１により選択されているスピー
カ、例えばスピーカ２ａに瞬時に放電され、当該スピー
カ２ａを駆動する。スピーカ２ａからの音波はマイクロ
フォン３ｂにより受信され、その電気信号は増幅器８
ｂ、１４ｂ、フィルタ１５ｂを通り、Ａ／Ｄ変換器１６
でディジタル信号に変換される。伝播時間検出器１７
は、制御器１１によりＡ／Ｄ変換器１６が作動せしめら
れた時点（スイッチング手段１２ｃに信号が出力された
時点）からディジタル信号が入力した時点までの時間ｔ
_a-b を検出する。又、スピーカ２ａからの音波は受信用
導波管７ａを通って自己のマイクロフォン３ａによって
も検出され、伝播時間検出器１７は同様にして受信用導
波管７ａの伝播時間ｔ_aaも検出する。制御器１１により
スピーカ２ａからスピーカ２ｂに切り換えられた場合
も、上記と全く同様にして、スピーカ２ｂからマイクロ
フォン３ａへの伝播時間ｔ_b-a 、および受信用導波管７
ｂの伝播時間ｔ_bbが伝播時間検出器１７により検出され
る。

【０００８】伝播時間補正器１８は、上述の各検出され
た伝播時間ｔ_a-b、ｔ_aa、ｔ_b-a 、ｔ_bbに基づき、両音
響式温度計の伝播時間を次式により補正して正確な伝播
時間ｔを演算する。ｔ＝［（ｔ_a-b ＋ｔ_b-a ）−（ｔ_aa＋ｔ_bb）］／２…………（４）温度演算器２０は、このようにして得られた伝播時間
ｔ、および既知である両音響式温度計間の距離（複数の
音響式温度計相互間の距離）が予め記憶されている伝播
距離データ記憶部１９からの対応する距離データに基づ
いて上記（３）式の演算を行い、温度Ｔを算出してこれ
を表示器２１に表示する。

【０００９】上記の例では、コンデンサ１２ｂに蓄積さ
れた電荷をスピーカ２ａ、２ｂに瞬時に放電することに
より大きな音圧を得ることができ、又、スピーカ２ａ、
２ｂに流れる電流は瞬間的であるので、スピーカのコイ
ルを焼損することもない。図１８はこのような音圧を発
生した場合のマイクロフォンの受信信号を示す図であ
る。この図で、横軸には時間、縦軸には信号レベルがと
ってある。Ｐ₁ は上記音圧による受信信号、Ｎはボイラ
内部の被測定場の騒音によるノイズである。このよう
に、大きな音圧を送信することにより、ノイズＮの影響
を受けることなく音波を受信することができ確実に温度
を測定することができる。

【００１０】図１９は上記のように大きな音圧を発生す
るのではなく特殊な音波を発生するためのブロック図で
ある。この図で、１１は制御器、１２０は図１６に示す
波形発生器１２に対応する波形発生器、１２０Ａは送信
用増幅器である。波形発生器１２０は、図示のように、
周波数が次第に変化してゆく音波（チャープ信号と称さ
れる）を発生する機能を有する。このようなチャープ信
号の音波の発生は、例えば、特公平７−１３５８３号等
で提示されている。

【００１１】図２０はチャープ信号の音波を発生した場
合のマイクロフォンの受信信号を示す図である。この図
で、横軸には時間、縦軸には信号レベルがとってある。
このような特殊な波形を有する音波は、騒音中にはほと
んど存在しないので、信号の検出が容易になる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、コンデンサの電荷を放電して大きな音圧を得る手段
は、極めて有効な手段ではあるが、被測定場中にこのよ
うな大きな音圧と似たようなパルス状の音圧が含まれて
いる場合には、音波の検出は困難となる。これを図２１
の（ａ）に示す。図２１の（ａ）は大きな音圧を発生し
た場合のマイクロフォンの受信信号を示す図である。こ
の図で、横軸には時間、縦軸には信号レベルがとってあ
る。Ｐ₁ は図１８に示すものと同じ音圧による受信信
号、Ｎはボイラ内部の被測定場の騒音によるノイズであ
る。このノイズ中に符号Ｎ₁ 、Ｎ₂ で示されるように、
信号Ｐ₁ と等しいかそれより大きいノイズが存在する
と、これらと信号Ｐ₁ との区別が不可能となり、温度の
測定はできなくなる。

【００１３】又、図１９に示す構成により発生するチャ
ープ信号による音波は、ノイズとの区別は可能である
が、チャープ信号による音波を送信させるにはスピーカ
を長時間（数10ｍｓ以上）作動させる必要があり、この
場合、大きな電流を流すとコイルが焼損するので大きな
電流を流すことはできず、大きな音波を発生することは
できない。例えば、チャープ信号による音波は上記パル
ス式の音波に比較して音圧は1/10程度に低下する。した
がって、Ｓ／Ｎ比は必然的に小さくなる。これを図２１
の（ｂ）に示す。図２１の（ｂ）はチャープ信号による
音波を発生した場合のマイクロフォンの受信信号を示す
図である。この図で、横軸には時間、縦軸には信号レベ
ルがとってある。Ｐ₂ は図１９、２０に示すものと同じ
チャープ信号による音波の受信信号、Ｎ、Ｎ₁ 、Ｎ₂ は
図２１の（ａ）で示されるものと同じノイズである。こ
のように大きなノイズが存在すると、信号Ｐ₂ の音波は
騒音に埋もれてしまい、信号の検出は困難になり、温度
の測定も困難になる。

【００１４】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、被測定場の騒音が大きくても、確実に温度
の測定を行うことができる音響式温度計を提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、測定対象のガス体に向かって音響を送信
する音響送信器と、この音響送信器から前記ガス体を通
って伝播される音波を受信する音響受信器とを備え、前
記音響送信器から前記音響受信器への前記音波の伝播時
間、および前記音響送信器と前記音響受信器間の距離に
基づいて前記ガス体の温度を測定する音響式温度計にお
いて、前記音波として、それぞれの時間間隔および振幅
比が既知である複数のパルス状音波を用いたことを特徴
とする。

【００１６】又、上記構成に加えて、低温状態時の前記
ガス体の温度を測定する温度センサと、このときの前記
音響送信器と前記音響受信器との間の音波の伝播時間と
前記温度センサで検出された温度とに基づいて前記音響
送信器と前記音響受信器との間の距離を演算する演算手
段とを設けたことも特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
音響式温度計の構成を示す図である。図で、２Ａ、２Ｂ
はスピーカ、３はマイクロフォン、４はボイラの水壁、
５はホーン、６は送信用導波管、７は受信用導波管であ
る。本実施の形態では、スピーカが２個設けられている
点に特徴があり、その他の部分は図１４、１６に示すも
のと同一か又は等価なものである。２２Ａ、２２Ｂは、
図１６、１７に示す波形発生部１２と同じく電源、コン
デンサ、スイッチング手段を備えた波形発生部であり、
それぞれスピーカ２Ａ、２Ｂに接続される。１１０は図
１６に示す制御器１１に相当する制御器である。

【００１８】次に、本実施の形態の動作を図２を参照し
て説明する。制御器１１０は、図１６に示す制御器１１
とは異なり、各波形発生部２２Ａ、２２Ｂに対して所定
の時間間隔、例えば2 ｍｓ間隔で、それらのスイッチン
グ手段を閉じる信号を出力する。即ち、制御器１１０
は、例えば、最初に波形発生部２２Ａに信号を出力して
そのスイッチング手段を閉成させ、コンデンサの電荷を
瞬間的にスピーカ２Ａに与えて大きな音波Ｐ_A を発生さ
せ、その2 ｍｓ後に波形発生部２２Ｂに信号を出力して
そのスイッチング手段を閉成させ、コンデンサの電荷を
瞬間的にスピーカ２Ｂに与えて大きな音波Ｐ_B を発生さ
せる。これにより火炉内（被測定場）には2 ｍｓ間隔で
音波が送信され、これら音波は他の音響式温度計のマイ
クロフォンにより受信される。

【００１９】図２は上記２つの音波を発生した場合のマ
イクロフォンの受信信号を示す図である。この図で、横
軸には時間、縦軸には信号レベルがとってある。Ｐ_A 、
Ｐ_Bは上記２つの音波Ｐ_A 、Ｐ_B の受信信号を示し、
Ｎ、Ｎ₁ 、Ｎ₂ は図２１に示すものと同じノイズ信号で
ある。

【００２０】図示しない演算・制御部は、正確に2 ｍｓ
間隔で所定レベルの信号が入力されたか否かを判断する
手段を備えており、この手段で、正確に2 ｍｓ間隔で所
定レベルの信号が入力されたと判断されたときのみ、図
１６に示す構成の場合と同様の手法で温度検出の処理を
行う。

【００２１】このように、本実施の形態では、チャープ
信号のような特徴波を用いないので音圧の大きな音波を
送信することができ、併せて、被測定場の騒音が大き
く、図２に示すような大きなノイズＮ₁ 、Ｎ₂ が受信さ
れても、これらノイズに影響されることなく、確実に温
度を測定することができる。

【００２２】図３は本発明の他の実施の形態に係る音響
式温度計の構成を示す図である。この図で、図１に示す
部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を
省略する。本実施の形態では、スピーカ２Ａとスピーカ
２Ｂとは音波の送信方向に沿って所定の間隔（図示の例
では0.74ｍ）離れた位置に設けられている。２２はスピ
ーカ２Ａ、２Ｂに共通の波形発生部であり、図１に示す
波形発生部２２Ａ、２２Ｂと同じく、電源、コンデン
サ、スイッチング手段を有している。

【００２３】図示しない制御器から波形発生部２２のス
イッチング手段を閉じる信号が出力されると、コンデン
サの放電電荷はスピーカ２Ａ、２Ｂに同時に供給され、
それらからは同時に大きな音圧の音波が、送信用導波管
６、ホーン５を介して被測定場へ送信される。しかし、
これらの音波は、スピーカ２Ａとスピーカ２Ｂの設置位
置が異なるので、被測定場へは両者の間隔に相当する時
間間隔、例えば2 ｍｓの時間間隔をもって送信されるこ
とになり、以後の処理はさきの実施の形態の処理と同一
となる。そして、本実施の形態の効果も、さきの実施の
形態の効果と同一である。

【００２４】なお、上記各実施の形態の説明では、同一
レベルの２つの音波を所定の時間間隔で送信する例につ
いて説明した。しかし、音波の数は２つに限ることはな
く、複数とすることができ、又、音波のレベルも同一レ
ベルに限ることはなく、異なるレベルであってもよい。
図４は上記各実施の形態における音波以外の音波の態様
を示す図である。図４の（ａ）は３つの音波Ｐ_A 、Ｐ
_B 、Ｐ_C を異なる時間間隔（例えば、順に2 ｍｓ、1 ｍ
ｓ間隔）で送信する例を示す図であり、Ｎ、Ｎ₁ 、Ｎ₂
は図２に示すものと同じノイズを示す。音波Ｐ_A 、Ｐ
_B 、Ｐ_C は、図１に示す実施の形態に対応して３つのス
ピーカを所定の時間間隔をもって作動させてもよいし、
図３に示す実施の形態に対応して３つのスピーカを所定
の間隔で配置し、それらを同時に作動させるようにして
もよい。このように、音波の数を増やせば装置の構成は
複雑になるが、騒音と信号の区別はより一層明確にな
り、高精度の温度測定を行うことができる。又、図４の
（ｂ）は所定の時間間隔を有し、かつ、レベルの異なる
２つの音波Ｐ_D 、Ｐ_E を示す図であり、音波Ｐ_D はレベ
ルＤ、音波Ｐ_E はレベルＤより小さいレベルＥの音波で
ある。このように、時間間隔を変えるだけでなく音波の
レベルを変えることによっても騒音と信号の区別を明確
になすことができる。さらに、図４の（ｃ）は所定の時
間間隔を有し、かつ、異なるレベルの異なる波形の音波
Ｐ_F 、Ｐ_G を示す図であり、音波Ｐ_G は矩形波である。
この場合も、装置は複雑になるが騒音と信号の区別はよ
り一層明確になる。

【００２５】以上の説明では、音波の数だけスピーカを
設ける例について説明した。しかし、スピーカが焼損し
ない程度に通電時間を制限し、かつ、波形発生部のコン
デンサの容量を１回のパルス発生に必要な容量以上の容
量とし、適切な時間間隔を選定すれば、スピーカを１つ
とすることができる。

【００２６】図５は上記各実施の形態の音響式温度計を
石炭焚ボイラに用いた場合の効果を説明する図である。
この図で、横軸には騒音の大きさ、縦軸には測定経路の
距離がとってある。Ａは従来の音響式温度計の測定可能
範囲、Ｂは上記各実施の形態の音響式温度計の測定可能
範囲を示す。図から明らかなように、従来の音響式温度
計は騒音が小さく且つ測定経路距離が短い場合にしか用
いることができなかったが、本実施の形態の音響式温度
計は使用範囲を大幅に拡大することができる。即ち、図
中の丸印は従来の測定可能範囲にあるが、測定経路距離
が当該丸印に対応する経路距離より少し長くなると、従
来の音響式温度計では測定できなかった。しかし、本実
施の形態の音響式温度計では充分に測定でき、さらに、
騒音についても同様である。特に、騒音については、ボ
イラ起動時に重油バーナを使用する関係で、起動時の騒
音は石炭専焼時の騒音の約３倍の大きさとなり、従来の
音響式温度計では起動時の温度測定はできなかったが、
本実施の形態の音響式温度計では、図示のように、これ
が可能となる。

【００２７】以上、本実施の形態の音響式温度計につい
て述べた。ところで、当該音響式温度計を石炭焚ボイラ
に用いた場合には、石炭燃焼後に残る灰により測定が阻
害されるという問題がある。これを図６で説明する。

【００２８】図６は音響式温度計の側面断面図および正
面図である。図６の（ａ）が側面断面図、図６の（ｂ）
が火炉内から見た正面図である。図で、図１に示す部分
と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略
する。石炭燃焼後の溶融した灰の温度は1200〜1300℃で
あり、これが火炉内の水壁４や後流の伝熱管に付着して
固形化するのを防止するため、通常、スートブロアによ
り蒸気を噴出させて付着した灰を除去する手段が用いら
れている。しかし、音響式温度計はホーン５を水壁４に
取り付ける構造であるので、スートブロアによる灰の除
去が実施されると、水壁４から吹き飛ばされた灰がホー
ン５内に混入する。このように混入して堆積した灰が図
に符号３０で示されている。図示の状態は、音響式温度
計の設置後１か月の実際の状態である。この場合、音波
発信器の振動板に灰が堆積するのを防止するため送信用
導波管６の中途に空気噴出孔３１を設けて灰を吹き飛ば
すようにしているが、ホーン５の部分の灰の大きさ
（径）は約5 〜10ｍｍであって、空気噴出孔３１の位置
および灰の大きさの関係で、ホーン５の灰を吹き飛ばす
ことはできない。そして、ホーン５に灰３０が堆積する
と、スピーカから火炉内（被測定場）に送信する音波の
出力が低下し、ひいては測定を阻害する原因となる。こ
れを防止するための手段を図７、図８、図９に示す。

【００２９】図７はホーンの灰の除去手段の構成を示す
図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）に示す
符号Ｃ部分の拡大断面図、（ｃ）は火炉内から見た正面
図である。図で、図６に示す部分と同一部分には同一符
号が付してある。３３はホーン５の内部に設置した金
網、３４は空気供給管、３５は弁、３６は金網３３の方
向に開孔する空気噴出孔（丸孔又はスリット等）であ
る。空気噴出孔３６は図７の（ｃ）に示すように複数設
けられる。金網３３の網目の大きさは、灰の大きさが前
述のように約5 〜10ｍｍであることから、2.5 ｍｍ以下
とし、また、測定に使用する音（周波数数ｋＨｚ）の通
過率を0.9 以上とすることから、金網３３の網目の大き
さは好ましくは2 ｍｍとする。ここで、金網３３をホー
ン５の最前面（水壁４の面）に設置する方法も考えられ
るが、この方法は、火炉内の高温ガス又は腐食性のガス
による金網３３の耐久性の低下の問題、および火炉内の
溶融灰が金網３３に付着して金網３３が詰ってしまうと
いう問題が生じるため、可能ではあるがあまり現実的な
方法ではない。ホーン５の下部は灰の除去を容易にする
ため火炉内側に傾斜させてある。空気噴出孔３６から空
気を噴出させると、その噴流３７は金網３３の火炉内側
に堆積した灰を吹き飛ばして除去する。

【００３０】図８は受信用導波管に灰の除去手段を適用
した構成を示す図である。図で、３はマイクロフォン、
４は水壁、７は受信用導波管である。４３は受信用導波
管７の内部に設置された金網、４４は空気供給管、４５
は弁、４６は空気噴出孔を示す。金網４３の網目の大き
さは図７の金網３３のそれと同じである。空気噴出孔４
６からの空気の噴流により、金網４３の火炉内側に堆積
した灰は吹き飛ばされて除去される。

【００３１】図７および図８に示す空気の噴流は、スー
トブロアの作動後に行うのが効果的である。このため、
本実施の形態では、スートブロアの動作信号を制御器に
導入し、音響式温度計の近傍のスートブロアの動作終了
後に制御器から弁３５、４５に信号を出力してこれらを
開き、金網３３、４３近くに堆積した灰を空気噴出孔３
６、４６からの噴流によって除去する。

【００３２】図９はホーンの灰の他の除去手段の構成を
示す図である。図で、図７に示す部分と同一又は等価な
部分には同一符号が付してある。３８は灰堆積状況監視
装置である。この灰堆積監視装置３８は超音波を用いた
距離計やＴＶカメラ等で構成され、金網３３の火炉内側
の近傍における灰の堆積状態を監視する。灰堆積監視装
置３８は、灰が所定の量だけ堆積したことを検出する
と、制御器に信号を出力して（又は直接弁３５へ制御信
号を出力して）弁３５を開き、堆積した灰を空気の噴流
により除去する。

【００３３】このように、金網を設けて灰の混入をせき
とめ、かつ、空気噴出孔を設けて金網近傍に堆積した灰
を吹き飛ばすようにしたので、音響式温度計を石炭焚ボ
イラに適用してもホーンや受信用導波管への灰の付着を
防止することができ、温度の測定を阻害することはな
い。

【００３４】なお、図７〜図９に示す実施の形態では、
金網を用いる例を説明したが、固形物の通過を遮断し音
波の通過を確保するという機能を遂行できるものであれ
ば、材質や構造はどのようなものであってもよい。又、
空気噴出孔は金網近傍の火炉側に設置してもよい。さら
に、灰の除去に空気を用いる例について説明したが、蒸
気等の他の流体を用いることもできる。

【００３５】以上、図１〜図４に示したように、本実施
の形態では、複数の音波を、所定の時間間隔、所定のレ
ベル比で送信するようにしたので、被測定場の騒音が大
きくても、ノイズに影響されることなく確実に温度を測
定することができる。又、図７〜図９に示すように、被
測定場が石炭焚ボイラの火炉内であっても、金網および
空気噴出孔を設けたので、灰の混入、付着を防止でき、
上記音響式温度計を支障なく使用することができる。

【００３６】ところで、音響式温度計では、前記（３）
式に基づいて温度を演算するが、この（３）式における
各音響式温度計相互の距離Ｌは、前述のように設計図等
の図面に基づいて算出された数値が使用される。しか
し、この数値は必ずしも常に正確であるとは限らず、や
や精度に難点がある場合がある。正確な数値を得るため
には実際に音響式温度計相互の距離を測定すればよい
が、例えばボイラのダクトの場合、ダクトの幅は約10
ｍ、音響式温度計の設置位置は約5 ｍの高さであるの
で、このような場合に直接メジャーにより測定すること
はできない。又、音響式温度計は必要な任意の位置に設
置するので、設置位置が常に図面で確認できるとは限ら
ず、この場合にはおおよその距離を用いることになり精
度の低下を免れることはできない。さらに、図１５に示
すように多数の音響式温度計を設置する場合、多数経路
の距離を算出し、これらを図１６に示す伝播距離データ
記憶部１９にキーボードから入力しなければならず、距
離の演算と入力に多くの手間と時間を要する。

【００３７】このように、距離Ｌを得るには多くの問題
があるが、さらに次のような問題もある。これを図１０
により説明する。図１０は音響式温度計の概略を示す図
である。この図で、２はスピーカ、３はマイクロフォ
ン、４は水壁、５はホーンを示す。７０は受信用導波管
である。水壁４における音響式温度計の設置位置によっ
ては、図の波形で示すように急激な温度勾配が存在する
個所がある。このような急温度勾配は測定精度を低下さ
せる。これを防止するため、急温度勾配がなくなる位置
まで受信用導波管を火炉内に挿入する手段が採用され
る。図示の受信用導波管７０は、このように挿入された
受信用導波管である。この場合には、受信用導波管の開
口部の位置を正確に知ることは困難である。

【００３８】以上のことを考慮すると、距離Ｌを簡単か
つ正確に測定する手段が必要となる。図１１および図１
２を参照して距離Ｌの簡単かつ正確な測定手段を説明す
る。図１１は距離測定手段の構成を説明する図である。
この図で、図１６に示す部分と同一又は等価な部分には
同一符号を付して説明を省略する。５０は図１６に示す
演算・制御部１０に対応する演算・制御部である。５１
は熱電対等の温度計、５２は演算・制御部５０の伝播距
離演算器であり、温度計５１の検出温度を入力して所要
の演算を行う。なお、１２Ａは送信用増幅器であるが距
離の測定には直接的な関係はない。点線で囲んだ部分が
従来の演算・制御部に加えた構成部分である。

【００３９】図１２は温度計５１の設置位置を示す図で
ある。図１２の（ａ）は温度計５１を火炉内部（被測定
場）に配置した図であり、演算・制御部５０、水壁４お
よび10個の音響式温度計Ｓ₁ 〜Ｓ₁₀が示されている。こ
の例の場合には、37経路の距離が測定されることにな
る。図１２の（ｂ）は温度計５１を火炉下流の煙道部に
配置した図であり、演算・制御部５０、音響式温度計
Ｓ、Ｓ、および水壁４が示されている。通常、ボイラに
は起動時に伝熱管が過度に加熱されるのを防止するため
煙道部に温度計が挿入されており、この場合は当該既設
の温度計を利用する。なお、後述するように、図１２の
（ａ）に示す温度計５１は、距離測定後に火炉外に取り
出されることになるが、図１２の（ｂ）に示す温度計５
１は既設の温度計であり距離測定後もその位置に設置し
たままとなる。

【００４０】次に、ボイラにおける温度計５１および伝
播距離演算器５２による距離Ｌの測定について説明す
る。ボイラが停止して火炉内が一定温度になっている状
態で温度計５１を火炉内の所定位置に挿入し、ガス温度
Ｔを測定する。この測定値Ｔは伝播距離演算器５２へ送
信される。次いで、演算・制御部５０は図１６に示す演
算・制御部１０と同様の動作で火炉内への音波の送信お
よびマイクロフォンによる音波の受信を行う。これによ
り36経路の音波の各伝播時間ｔが伝播時間補正器１８で
得られる。伝播距離演算器５２は、各音波経路毎に、温
度計５１で測定された温度Ｔおよび各伝播時間ｔを
（３）式に導入して当該各音波経路の音響式温度計相互
間の距離Ｌを演算し、これらを伝播距離データ記憶部１
９に入力して記憶させる。最後に、温度計５１を火炉か
ら取り出す（温度計５１を設置したままにしておくと、
ボイラ運転時の高温ガスと溶融灰で温度計５１が破壊さ
れる）。このように、温度計５１の挿入、取り出し以外
の処理は全て自動的に行われ、しかも、正確な距離Ｌを
得ることができる。図１２の（ｂ）に示す温度計５１の
場合の測定も同じである。この場合、測定される温度は
被測定場である火炉内の温度ではなく煙道部の温度であ
るが、ボイラ停止時における火炉内と煙道部のガス温度
はほとんど等しいと考えられるので、距離Ｌの演算に誤
差は生じない。

【００４１】なお、新たな温度計を使用しない距離測定
方法としてキャリブレーション用の音響式温度計を用い
る方法がある。音響送信器から同一場所に設置した音響
受信器までの距離を予め測定したキャリブレーション用
音響式温度計を用意し、この音響式温度計を用いて音響
式温度計部分のガス温度を測定し、この温度を経路上の
平均温度と仮定して各経路の伝播距離を測定する。ボイ
ラ停止時には、音響センサ部や火炉内はほとんど常温と
なっているので、この方法を用いても大きな誤差は生じ
ない。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、複数の
音波を、所定の時間間隔、所定のレベル比で送信するよ
うにしたので、被測定場の騒音が大きくても、ノイズに
影響されることなく確実に温度を測定することができ
る。又、被測定場が石炭焚ボイラであっても、固形物通
過阻止手段および固形物除去手段を設けたので、灰の混
入、付着を防止でき、音響式温度計を支障なく使用する
ことができる。さらに、低温状態時のガス体の温度を測
定する温度センサで検出された温度と、このときの音響
送信器と音響受信器との間の音波の伝播時間とに基づい
て音響送信器と音響受信器との間の距離を演算する演算
手段とを設けたので、伝播距離を正確かつ容易に設定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る音響式温度計の構成
を示す図である。

【図２】図１に示す２つの音波を発生した場合のマイク
ロフォンの受信信号を示す図である。

【図３】本発明の他の実施形態に係る音響式温度計の構
成を示す図である。

【図４】図２に示す音波以外の音波の形態を示す図であ
る。

【図５】図１、３に示す実施の形態の効果を説明する図
である。

【図６】音響式温度計の側面断面図および正面図であ
る。

【図７】ホーンの灰の除去手段の構成を示す図である。

【図８】受信用導波管に灰の除去手段を適用した構成を
示す図である。

【図９】ホーンの灰の他の除去手段の構成を示す図であ
る。

【図１０】音響式温度計の概略を示す図である。

【図１１】距離測定手段の構成を説明する図である。

【図１２】温度計の設置位置を示す図である。

【図１３】音響式温度計を説明する図である。

【図１４】高温ガスの温度の測定に用いる音響式温度計
を示す図である。

【図１５】ボイラにおける音響式温度計の設置状態を示
す図である。

【図１６】音響式温度計の制御部のブロック図である。

【図１７】図１７に示す波形発生部のブロック図であ
る。

【図１８】マイクロフォンの受信信号を示す図である。

【図１９】特殊な音波を発生するためのブロック図であ
る。

【図２０】チャープ信号の音波を発生した場合のマイク
ロフォンの受信信号を示す図である。

【図２１】マイクロフォンの受信信号を示す図である。

【符号の説明】

２Ａ、２Ｂスピーカ３マイクロフォン４水壁５ホーン６送信用導波管７受信用導波管２２Ａ、２２Ｂ波形発生部１１０制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象のガス体に向かって音響を送信
する音響送信器と、この音響送信器から前記ガス体を通
って伝播される音波を受信する音響受信器とを備え、前
記音響送信器から前記音響受信器への前記音波の伝播時
間、および前記音響送信器と前記音響受信器間の距離に
基づいて前記ガス体の温度を測定する音響式温度計にお
いて、前記音波として、それぞれの時間間隔および振幅
比が既知である複数のパルス状音波を用いたことを特徴
とする音響式温度計。
【請求項２】請求項１において、前記音響送信器は、
発生する前記パルス状音波の数と同数であり、それぞれ
予め定められた時間間隔でパルス状音波を送信すること
を特徴とする音響式温度計。
【請求項３】請求項１において、前記音響送信器は、
発生する前記パルス状音波の数と同数であり、かつ、前
記ガス体へのパルス状音波の送出距離がそれぞれ予め定
められた距離になる位置に設置されていることを特徴と
する音響式温度計。
【請求項４】請求項１乃至請求項３において、前記音
響送信器は、コンデンサに充電され、かつ、スイッチン
グ手段により所定時間放電される電荷により駆動されて
１つのパルス状音波を送信することを特徴とする音響式
温度計。
【請求項５】請求項１乃至請求項４において、前記音
響送信器又は前記音響受信器は、前記ガス体を囲む側壁
に管体を介して設置されていることを特徴とする音響式
温度計。
【請求項６】請求項５において、前記管体には、被測
定場中を浮遊する固形物の通過を阻止する固形物通過阻
止手段およびこの固形物通過阻止手段により捕集した固
形物を噴流により除去する固形物除去手段が設けられて
いることを特徴とする音響式温度計。
【請求項７】請求項６において、前記固形物通過阻止
手段は、多数の開孔を有し、各開孔の大きさは、前記固
形物の直径の1/2 以下であり、かつ、前記音波の通過率
が0.9 以上となるように設定されていることを特徴とす
る音響式温度計。
【請求項８】請求項６において、前記固形物除去手段
は、前記音響送信器又は前記音響受信器と前記固形物通
過阻止手段との間の前記管体の壁に設けられ、かつ、前
記噴流を前記固形物通過阻止手段の方向へ噴出させる
孔、およびこの孔に噴流媒体を供給する噴流媒体供給手
段で構成されていることを特徴とする音響式温度計。
【請求項９】請求項１乃至請求項８記載の音響式温度
計において、低温状態時の前記ガス体の温度を測定する
温度センサと、このときの前記音響送信器と前記音響受
信器との間の音波の伝播時間と前記温度センサで検出さ
れた温度とに基づいて前記音響送信器と前記音響受信器
との間の距離を演算する演算手段とを設けたことを特徴
とする音響式温度計。