JPH10206203A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JPH10206203A
JPH10206203A JP2578197A JP2578197A JPH10206203A JP H10206203 A JPH10206203 A JP H10206203A JP 2578197 A JP2578197 A JP 2578197A JP 2578197 A JP2578197 A JP 2578197A JP H10206203 A JPH10206203 A JP H10206203A
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JP
Japan
Prior art keywords
flow velocity
ultrasonic
flow rate
correction
flow
Prior art date
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Pending
Application number
JP2578197A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Shimizu
和義 清水
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Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kaijo Corp filed Critical Kaijo Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波流量計の計測精度改善。 【解決手段】 CPU4aの制御を受けつつ、流速測定
部1は流体の流通する管体内に対向配置した1対の送受
波器相互間の超音波伝搬時間に基づいて線平均流速を求
め、圧力データ201 と温度データ202 による補正を施し
た後流量算出に必要な断面平均流速を求める。この断面
平均流速と断面積との積が流量となるが、断面平均流速
を求める際の変換に必要な補正係数として流速対応の変
動に対する補正を流速分布補正量テーブル5で行い、ま
た器差補正を器差補正量テーブル6で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量計に関
し、特に密閉された管内を圧送されて流通する市ガス、
市水等の気体及び液体を含む流体の流速を超音波により
計測し、この流速と管体内部の断面積並びに流通時間に
基づいて流体の流量を求める超音波流量計に属する。
【0002】
【従来の技術】管内を流通する流体の流量を求める超音
波流量計は、近時種々の応用分野で多用されつつある。
図2は、従来の超音波流量計の構成を示すブロック図で
あり、超音波伝搬時間に基づいて管内流体の流速を測定
するための音波伝搬時間を計測する流速測定部1、流速
測定部1で測定した音波伝搬時間と管体内部の断面積並
びに流通時間に基づいて流量を演算する演算部2、演算
部2で演算した演算結果を所定の表示形式で表示する表
示部3、所定の制御並びに演算プログラムを内蔵し全体
の動作を制御するCPU4とを備える。
【0003】次に、従来の超音波流量計の動作について
説明する。流速測定部1は、超音波の伝搬時間を次のよ
うにして求める。図4は、従来の超音波流量計の動作の
説明図である。流体が圧送されて流通する密閉された直
径Dの管体31の管壁に、中心線Cが管軸Aを過るよう
に1対の超音波を送受信する送受波器32a、32bを
間隔Lで対向配設する。いま、Vを流体の管軸A方向の
流速、θは中心線Cと管軸Aとのなす角とすると、D=
L sinθであり、また流速Vの中心線方向の分速VL
V cosθである。静止流体中での超音波の伝搬速度をV
0 とすると、送受波器32bから送受波器32aに伝搬
する超音波の速度はV0 +V cosθで、送受波器32a
から送受波器32bに伝搬する超音波の速度はV0 −V
cosθとなる。従って、送受波器32bから32aまで
の超音波の伝搬時間をt1 とし、送受波器32aから3
2bまでの超音波の伝搬時間をt2 となると、次の数式
1,数式2が成立する。また、数式1,2から次の数式
3,数式4が求まる。
【0004】
【数1】
【0005】
【数2】
【0006】
【数3】
【0007】
【数4】
【0008】求めるVは、1/t1 −1/t2 =(2V
cosθ)/Lに着目し、次の数式5の如くに得られる。
かくして求められるVを、送受波器の配置間隔L上の所
定の複数の計測点について求めたものの平均値が、線平
均流速である。
【0009】
【数5】
【0010】図5の(a)の場合では、送受波器の対向
する対向軸線B上の配置間隔上の複数の計測点で求めた
流速v1,v2,v3,v4 及びv5 の平均が対向軸線Bを含
む所定方向の線平均速度となり、これに管体31の内部
の対向軸線を含む断面Sの面積を乗じたものが単位時間
での流量となる。
【0011】図2の流速測定部1では、図4に示すよう
に、対向する送受波間の音波伝搬時間t1,t2 に関する
データを演算部2に送出し、演算部2は流速測定部1か
ら提供されたデータに基づいて前述した数式1ないし数
式5に基づく演算で、複数の計測点に関する流速Vを求
める。この場合、演算部2によって行われる音波伝搬時
間t1,t2 に対する補正として、図示しない圧力センサ
及び温度センサから提供される圧力データ201、温度デー
タ202 を利用し、超音波音速が計測環境の圧力と温度に
よって変動することによる音波伝搬時間に対する補正
を、衆知の補正式を利用して施される。
【0012】演算部2は、こうして演算された複数の計
測点に関する流速の平均値をとって線平均流速を求め、
さらに、この線平均流速に対して次のような変換を施
す。この変換は、次のようなものである。即ち、演算部
2で求める線平均流速とは、図5の(a)、(b)に示
す如く、管体31に対向配置した1対の送受波器の中心
軸方向としての対向軸線B方向のみに関する平均的流速
である。しかしながら、管体31の内部を流通する流体
は、断面Sのすべてを過るわけであるので対向軸線Bは
断面Sの1方向に過ぎず、従って、対向軸線Bを対象と
して取得した線平均流速を以て断面Sの平均流速(以
後、断面平均流速と言う)とするのは、固定の補正常数
を線平均流速に乗算する補正を行っている。補正を施さ
れた線平均流速は、次に断面平均流速として、断面Sの
面積と乗算され流量として表示部3に所定の表示形式で
表示される。
【0013】上述した補正に必要な補正係数は、次の式
に示すKとして表現される。 K=線平均流速/断面平均流速 つまり、断面平均流速は、線平均流速に1/Kを乗ずる
ことにより求まり、かつ補正係数Kは、管体ごとの固定
常数としてあらかじめ設定される。CPU4は、内蔵プ
ログラムにより全体の動作シーケンスを制御する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波流量計には次のような問題点がある。即
ち、流量を求めるべく、線平均流速を断面平均流速に変
換する場合の補正乗数1/Kが固定値として設定されて
おり、このことは管体内部を流通する流体の流速分布の
変動を無視する結果を招いているという問題点がある。
さらに、超音波流量計ごとの機能のバラツキ、いわゆる
器差に対する補正も施されておらず、流量の計測結果に
誤差を招くことが避けられないという問題点がある。
【0015】本発明の目的は、上述した問題点を解決
し、流速分布の変動と器差とによる誤差の生起を排除し
た高精度の超音波流量計を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した目的
を達成するために次の手段構成を有する。即ち、本発明
の超音波流量計は、密閉された管体の内部を流通する流
体の、管軸を過る管内の所定方向で求める線平均流速と
前記所定方向を含む管内断面積並びに流通時間に基づい
て前記流体の流量を計測する超音波流量計において、前
記管体の内部の前記所定方向を含む断面を計測対象とし
て求めた前記流体の断面平均流速の変動に対応して生起
する誤差を補正するための流速分布補正量と、前記超音
波流量計の計測する基準値としての流量と個々の前記超
音波流量計による流量との差を補正するための器差補正
量とを含む流量補正を補正可能とした手段を有する。ま
た、本発明の超音波流量計は、前記流体が、気体並びに
液体のいずれかを対象とするものとした構成を有する。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の超音波流量計は、管体に
配設した対向する1対の送受波器による交互の超音波の
送受で得られる送受波器間の音波伝搬時間に基づいて、
管軸を過る所定方向の平均線平均流速を求め、この平均
線平均流速に対して補正乗数1/Kを乗ずることによっ
て、平均線平均流速を所定方向を含む断面を流通する流
体の断面平均流速に変換し、これに断面積を乗ずること
によって流量を算出している。前述した補正乗数1/K
を決定するKは固定常数としてあらかじめ設定され、こ
れは管体形状、平均流速等に基づいて、実測を含み固定
値が選定される。
【0018】しかしながら、流速変動に対応して補正係
数Kの値も変動させることが必要であり、補正係数Kを
固定値とすることは流速変動に対応して計測誤差を生起
せしめることとなる。また、従来の超音波流量計では、
超音波流量計ごとの機能のバラツキによる計測結果の偏
差、いわゆる器差を無視していた。
【0019】本発明では、図1に示す如く、所定の刻み
の流速ごとの補正乗数1/Kを流速分布補正量テーブル
に格納して流速対応の補正係数Kによる流速分布補正を
行い、また誤差が許容範囲であることを確認した基準と
する超音波流量計との計測値の差を当該超音波流量計の
器差として器差補正量テーブル6に格納しておき、これ
らテーブルから読み出した補正量による補正を施すこと
により正確な計測値を得ることを発明の実施の形態とし
ている。
【0020】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。図1に示す実施例は、管体に対向配設し
た1対の超音波送受波器によって、流体が流通している
場合の両送受波器間の超音波伝搬時間を計測する流速測
定部1と、流速測定部1で求めた超音波伝搬時間に基づ
いて得られる線平均流速を管体の断面平均流速に変換
し、これと管体の断面から流量を求める演算部2aと、
演算部2aで求めた流量を所定の表示形式で表示する表
示部3と、全体の動作を制御するCPU4aと、演算部
2aで線平均流速を断面平均流速に変換する際の変換係
数を流速対応データとして提供する流速分布補正量テー
ブル5と、基準とする超音波流量計との器差を提供する
器差補正量テーブル6とを備える。
【0021】次に、本実施例の動作について説明する。
尚、動作の説明において、従来例と同一の個々の構成に
関する詳細な説明は省略する。流速測定部1からは、管
体の内部に中心線が管軸を過るように対向配置した1対
の送受波器相互間の超音波伝搬時間を計測して演算部2
aに送出する。演算部2aでは、提供された超音波伝搬
時間を利用して先ず線平均流速を求め、さらにこの線平
均流速に対して圧力データ201,温度データ202 による補
正を施した後これを補正係数Kを利用して断面平均流速
に変換する。補正係数Kによる変換処理は、線平均流速
に対して補正乗数1/Kを乗ずることによって実行され
る。補正係数Kは、従来は固定常数を用いていたが、こ
れは流速に対応して変動する。
【0022】図6は、流速Vと補正係数Kとの関係の一
例を示す特性図である。本実施例ではVmin からVmax
を運用範囲とし、この範囲を所刻流速刻みで補正係数K
を選定し、その逆数1/Kを流速分布補正量テーブル5
に格納して断面平均流速変換における補正係数として演
算部2aでの補正を可能としている。器差補正量テーブ
ル6は、基準とする超音波流量計との器差を所定の流量
刻みで格納し、演算部2aでの流量計算に対する器差補
正を可能ならしめている。
【0023】図3の(a)は流量分布補正量テーブル5
のデータ構成を示す図で、流量欄には所定の刻みで流速
が設定され、これら流速に対応する補正乗数1/Kの値
が流速分布補正量として格納される。図3の(b)は器
差補正量テーブル6のデータ構成を示す図で、当該超音
波流量計の器差が流量対応で格納され、これにより器差
補正が行われる。
【0024】図7は、器差補正量の一例を示し、この場
合の器差は、各流量で略一定な場合の例である。CPU
4aは、内蔵プログラムにより全体の動作シーケンスを
制御する。こうして、著しく計測精度を向上させた流量
計測が可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、超音波流
量計の流量計測に必要な線平均流速から断面平均流速に
変換する場合の補正係数に流速対応の補正を施すととも
に、基準とする超音波流量計との流量との差である器差
を補正することを可能とする構成を備えることにより、
著しく計測精度を向上した流量計測が確保できる効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の超音波流量計の構成を示す
ブロック図である。
【図2】従来の超音波流量計の構成を示すブロック図で
ある。
【図3】図1の流速補正量テーブル(a)及び器差補正
量テーブル(b)のデータ構成を示す図である。
【図4】超音波流量計の動作を示す説明図である。
【図5】線平均流速(a)及び断面平均流速(b)の説
明図である。
【図6】線平均流速を断面平均流速に変換する補正係数
と流速との関係の一例を示す特性図である。
【図7】器差と流量との関係の一例を示す特性図であ
る。
【符号の説明】
1 流速測定部 2,2a 演算部 3 表示部 4,4a CPU 5 流速分布補正量テーブル 6 器差補正量テーブル 31 管体 32a,32b 送受波器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉された管体の内部を流通する流体
    の、管軸を過る管内の所定方向で求める線平均流速と前
    記所定方向を含む管内断面積並びに流通時間に基づいて
    前記流体の流量を計測する超音波流量計において、前記
    管体の内部の前記所定方向を含む断面を計測対象として
    求めた前記流体の断面平均流速の変動に対応して生起す
    る誤差を補正するための流速分布補正量と、前記超音波
    流量計の計測する基準値としての流量と個々の前記超音
    波流量計による流量との差を補正するための器差補正量
    とを含む流量補正を補正可能とした手段を有することを
    特徴とする超音波流量計。
  2. 【請求項2】 前記流体が、気体並びに液体のいずれか
    を対象とするものであることを特徴とする請求項1記載
    の超音波流量計。
JP2578197A 1997-01-24 1997-01-24 超音波流量計 Pending JPH10206203A (ja)

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JP2578197A JPH10206203A (ja) 1997-01-24 1997-01-24 超音波流量計

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000025096A1 (en) * 1998-10-26 2000-05-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of setting flow coefficient and flow meter
JP2003028680A (ja) * 2001-07-11 2003-01-29 Tokyo Gas Co Ltd 流量計測方法および流量計測装置ならびにガスメータ
KR100797128B1 (ko) * 2000-12-27 2008-01-22 사파스고교 가부시키가이샤 유량 측정 방법, 초음파 유량계, 유속 측정 방법, 온도또는 압력의 측정 방법 및 초음파 온도·압력계

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