JPH10239125A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
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- JPH10239125A JPH10239125A JP9040794A JP4079497A JPH10239125A JP H10239125 A JPH10239125 A JP H10239125A JP 9040794 A JP9040794 A JP 9040794A JP 4079497 A JP4079497 A JP 4079497A JP H10239125 A JPH10239125 A JP H10239125A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 断面平均流速を直接求める。上下流の影響を
少なくしてコンパクトにする。 【解決手段】 流体が断面矩形の流路４内を流れる。超
音波送受波器１，２の超音波伝播線５を通る超音波パル
スで流速を計測する。矩形流路４の高さＨに対し幅Ｗを
５倍以上にして、流路４内の流れをｘ−ｙ平面の２次元
流にする。超音波伝播線５の線平均流速は断面平均流速
に殆ど同じになる。計測した線平均流速か直接流量を演
算する。
少なくしてコンパクトにする。 【解決手段】 流体が断面矩形の流路４内を流れる。超
音波送受波器１，２の超音波伝播線５を通る超音波パル
スで流速を計測する。矩形流路４の高さＨに対し幅Ｗを
５倍以上にして、流路４内の流れをｘ−ｙ平面の２次元
流にする。超音波伝播線５の線平均流速は断面平均流速
に殆ど同じになる。計測した線平均流速か直接流量を演
算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量計の改良
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】流体中の超音波の伝播時間に基づいて流
速を測定し、測定した流速から流量を演算する流量計が
周知である。
速を測定し、測定した流速から流量を演算する流量計が
周知である。
【０００３】この主の流量計における流速の測定原理を
図１２によって説明する。静止流体中の超音波の伝播速
度Ｃは、流体（気体）の種類、温度、圧力が定まれば一
定値となるが、流体が流動するとその流向と流速に対応
して変化する。
図１２によって説明する。静止流体中の超音波の伝播速
度Ｃは、流体（気体）の種類、温度、圧力が定まれば一
定値となるが、流体が流動するとその流向と流速に対応
して変化する。
【０００４】図１２のように、超音波送受波器１と２を
互いに向かい合わせて流路断面が円形の管路３の管壁に
斜めに取り付け、交互に繰り返して超音波パルスを送受
信させた場合、流体の流れに対して順方向の伝播時間ｔ
1 、逆方向の伝播時間ｔ2 はそれぞれ次の（１）（２）
式となる。
互いに向かい合わせて流路断面が円形の管路３の管壁に
斜めに取り付け、交互に繰り返して超音波パルスを送受
信させた場合、流体の流れに対して順方向の伝播時間ｔ
1 、逆方向の伝播時間ｔ2 はそれぞれ次の（１）（２）
式となる。
【０００５】 ｔ1 ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） ・・・（１） ｔ2 ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） ・・・（２） （１）（２）式より流速Ｖを次の（３）式で求めること
ができる。
ができる。
【０００６】 Ｖ＝（Ｌ／２ｃｏｓθ）｛（１／ｔ1 ）−（１／ｔ2 ）｝・・・（３） 但し、Ｌは送受波器１，２間の距離、θは超音波の伝播
軸（測線）と管路３の中心軸とがなす角度である。
軸（測線）と管路３の中心軸とがなす角度である。
【０００７】流量は流路の断面平均流速に断面積を乗じ
て求めることができるが、前述のようにして測定した流
速Ｖは超音波の伝播線（測線）の線平均流速であるから
断面平均流速に換算する必要がある。
て求めることができるが、前述のようにして測定した流
速Ｖは超音波の伝播線（測線）の線平均流速であるから
断面平均流速に換算する必要がある。
【０００８】この換算式は例えばプランティールの速度
分布方程式により（４）式となる。 断面平均流速＝Ｖ／｛１＋０．０１（６．２５＋４３１Ｒｅ-0.237）1/2 ｝ ・・・（４） 但し、Ｒｅはレイノルズ数で周知のように流速、管路３
の内径及び流体の動粘性係数により定義される。
分布方程式により（４）式となる。 断面平均流速＝Ｖ／｛１＋０．０１（６．２５＋４３１Ｒｅ-0.237）1/2 ｝ ・・・（４） 但し、Ｒｅはレイノルズ数で周知のように流速、管路３
の内径及び流体の動粘性係数により定義される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術では、
その測定原理から、超音波伝播線の線平均流速しか直接
的に得られないので、流量を演算するには、例えば
（４）式のように、何らかの補正式を用いることにな
り、レイノルズ数を基に管内の断面平均流速を算出する
必要がある。また流体（気体）の種類、温度、圧力によ
り動粘度が異なるので、これらにも影響を受ける。
その測定原理から、超音波伝播線の線平均流速しか直接
的に得られないので、流量を演算するには、例えば
（４）式のように、何らかの補正式を用いることにな
り、レイノルズ数を基に管内の断面平均流速を算出する
必要がある。また流体（気体）の種類、温度、圧力によ
り動粘度が異なるので、これらにも影響を受ける。
【００１０】円管内の乱流の流速分布は対数法則と指数
法則の実験式が一般的であり、これを基に流速分布を求
めて断面平均流速を算出する。又、層流の場合は補正式
は一定値となるが遷移流量、乱流域との識別が必要であ
る。
法則の実験式が一般的であり、これを基に流速分布を求
めて断面平均流速を算出する。又、層流の場合は補正式
は一定値となるが遷移流量、乱流域との識別が必要であ
る。
【００１１】従って従来のように断面円形の流路を用い
た超音波流量計では、断面平均流速の算出が面倒で、測
定した流速から流量を求める演算が複雑になるという問
題点があった。
た超音波流量計では、断面平均流速の算出が面倒で、測
定した流速から流量を求める演算が複雑になるという問
題点があった。
【００１２】そこで、本発明はこのような問題点を解消
できる超音波流量計を提供することを目的とする。
できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、流路（４）の断面を矩形断面と
し、該矩形断面の高さ（Ｈ）に対し幅（Ｗ）を５倍以上
に定めたことを特徴とする超音波流量計である。
に、請求項１の発明は、流路（４）の断面を矩形断面と
し、該矩形断面の高さ（Ｈ）に対し幅（Ｗ）を５倍以上
に定めたことを特徴とする超音波流量計である。
【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、流路断面の高さ方向（ｙ方向）と流体の流れ方向
（ｘ方向）を含む平面内に超音波伝播線（５）が含まれ
るように１対の超音波送受波器（１，１Ａ）（２，２
Ａ）を配設したことを特徴とするものである。
て、流路断面の高さ方向（ｙ方向）と流体の流れ方向
（ｘ方向）を含む平面内に超音波伝播線（５）が含まれ
るように１対の超音波送受波器（１，１Ａ）（２，２
Ａ）を配設したことを特徴とするものである。
【００１５】請求項３の発明は、同軸に設けた２つの円
管（３Ａ）（３Ｂ）の間に流路（４）が形成され、両円
管（３Ａ）（３Ｂ）の半径方向の間隔（Ｈ）に対し一方
の円管（３Ａ）の円周を５倍以上に定めたことを特徴と
する超音波流量計である。
管（３Ａ）（３Ｂ）の間に流路（４）が形成され、両円
管（３Ａ）（３Ｂ）の半径方向の間隔（Ｈ）に対し一方
の円管（３Ａ）の円周を５倍以上に定めたことを特徴と
する超音波流量計である。
【００１６】そして、請求項４の発明は、請求項３の発
明において、両円管（３Ａ）（３Ｂ）の半径方向と流体
の流れ方向を含む平面内に超音波伝播線（５）が含まれ
るように１対の超音波送受波器（１，１Ａ）（２，２
Ａ）を配設したことを特徴とするものである。
明において、両円管（３Ａ）（３Ｂ）の半径方向と流体
の流れ方向を含む平面内に超音波伝播線（５）が含まれ
るように１対の超音波送受波器（１，１Ａ）（２，２
Ａ）を配設したことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１（ａ）（ｂ）は本発明の好ま
しい実施の形態で請求項１と２の発明に相当するもので
ある。
しい実施の形態で請求項１と２の発明に相当するもので
ある。
【００１８】流路４の断面は同図（ａ）に示すように矩
形で、短辺である高さＨと長辺である幅Ｗで形成されて
いる。短辺方向の座標をｙ、長辺方向の座標をｚ、流れ
方向つまり管軸方向の座標をｘとすると、１対の超音波
送受波器１，２は、その超音波伝播線（超音波パス）５
がｘ−ｙ平面内に含まれるように配設されている。
形で、短辺である高さＨと長辺である幅Ｗで形成されて
いる。短辺方向の座標をｙ、長辺方向の座標をｚ、流れ
方向つまり管軸方向の座標をｘとすると、１対の超音波
送受波器１，２は、その超音波伝播線（超音波パス）５
がｘ−ｙ平面内に含まれるように配設されている。
【００１９】比率Ｗ／Ｈは５以上に定められている。従
って高さＨの両壁面６，７の影響が小さい中央部の微小
幅ΔＷではｘ方向の流れはｘ−ｙ平面の２次元流と考え
ることができる。
って高さＨの両壁面６，７の影響が小さい中央部の微小
幅ΔＷではｘ方向の流れはｘ−ｙ平面の２次元流と考え
ることができる。
【００２０】そのΔＷに対応する位置で、流れに対して
斜めに交差する方向に超音波パルスが発射される。２次
元流の断面平均流速は、流速分布曲線を同図（ｂ）に示
すようにｆ（ｙ）とすると、
斜めに交差する方向に超音波パルスが発射される。２次
元流の断面平均流速は、流速分布曲線を同図（ｂ）に示
すようにｆ（ｙ）とすると、
【００２１】
【数１】 となり、これは超音波流量計の測定原理から求められる
線平均流速そのものである。
線平均流速そのものである。
【００２２】すなわち、前記（３）式の流速Ｖである。
従って、（１）（２）式で示される伝播時間ｔ1 ，ｔ2
を測定することのみで求められる。従って、この２次元
流が幅Ｗの間続くと考えれば、前記（４）式を用いない
で直接的に断面平均流速が得られ、これに流路断面積を
乗じれば流量が求められる。
従って、（１）（２）式で示される伝播時間ｔ1 ，ｔ2
を測定することのみで求められる。従って、この２次元
流が幅Ｗの間続くと考えれば、前記（４）式を用いない
で直接的に断面平均流速が得られ、これに流路断面積を
乗じれば流量が求められる。
【００２３】１対の超音波送受波器１，２は、その超音
波パスがいわゆるシングルパス方式を構成しているが、
超音波を管内で反射させて通すシングルリフレクション
方式にして測定精度を向上すべく、超音波送受波器２に
代えて送受波器２Ａを設けてもよい。
波パスがいわゆるシングルパス方式を構成しているが、
超音波を管内で反射させて通すシングルリフレクション
方式にして測定精度を向上すべく、超音波送受波器２に
代えて送受波器２Ａを設けてもよい。
【００２４】図２（ａ）（ｂ）は本発明の他の実施形態
で請求項３と４の発明に相当する。この実施形態では、
流路４は同軸に設けた２つの円管３Ａ，３Ｂの間に形成
され、いわば２重円管状になっている。大径の円管３Ａ
の直径φＤと小径の円管３Ｂの直径φｄの差の１／２が
Ｈであり、π・φＤがＨの５倍以上であると、流量４は
図１の実施形態の場合と同様に偏平な流路と考えられ、
矩形流路と同様に働く。
で請求項３と４の発明に相当する。この実施形態では、
流路４は同軸に設けた２つの円管３Ａ，３Ｂの間に形成
され、いわば２重円管状になっている。大径の円管３Ａ
の直径φＤと小径の円管３Ｂの直径φｄの差の１／２が
Ｈであり、π・φＤがＨの５倍以上であると、流量４は
図１の実施形態の場合と同様に偏平な流路と考えられ、
矩形流路と同様に働く。
【００２５】そして、この図２の実施形態では、図１の
場合の両側の壁面６，７が存在しないという利点があ
る。また、この実施形態の場合も、１対の超音波送受波
器をその超音波伝播線が円筒３Ａ，３Ｂの半径方向の間
隔Ｈ方向と、紙面に直角な流れ方向を含む平面内を通過
するように設けることができる。
場合の両側の壁面６，７が存在しないという利点があ
る。また、この実施形態の場合も、１対の超音波送受波
器をその超音波伝播線が円筒３Ａ，３Ｂの半径方向の間
隔Ｈ方向と、紙面に直角な流れ方向を含む平面内を通過
するように設けることができる。
【００２６】〔実施例１〕図３，図４は、図１の実施形
態のように矩形断面の流路４を有する実施例で、ケーシ
ング８に流路４が形成されている。ケーシング８の両端
には配管接続用のフランジ９，１０が一体的に形成され
ている。入口１１から流入した流体は矩形断面の流路４
で流速を計測され、出口１２から流出する。
態のように矩形断面の流路４を有する実施例で、ケーシ
ング８に流路４が形成されている。ケーシング８の両端
には配管接続用のフランジ９，１０が一体的に形成され
ている。入口１１から流入した流体は矩形断面の流路４
で流速を計測され、出口１２から流出する。
【００２７】この実施例１では１対の超音波送受波器
１，２Ａはシングルリフレクション方式を構成するよう
に配置されている。 〔実施例２〕図５の実施例２は、図３，４の実施例１と
比較して、超音波パスがシングルパス方式を構成するよ
うに１対の超音波送受波器１，２が配設されている点だ
けが相違する。
１，２Ａはシングルリフレクション方式を構成するよう
に配置されている。 〔実施例２〕図５の実施例２は、図３，４の実施例１と
比較して、超音波パスがシングルパス方式を構成するよ
うに１対の超音波送受波器１，２が配設されている点だ
けが相違する。
【００２８】〔実施例３〕図６，７の実施例３は、図
３，４の実施例１に比較して、入口１１と矩形断面流路
４の間に整流器１３を、矩形断面流路４と出口１２との
間に整流器１４を追加して設けた点だけが相違する。
３，４の実施例１に比較して、入口１１と矩形断面流路
４の間に整流器１３を、矩形断面流路４と出口１２との
間に整流器１４を追加して設けた点だけが相違する。
【００２９】〔実施例４〕図８の実施例４は、図６，７
の実施例３と比較して、シングルパス方式を構成するよ
うに１対の超音波送受波器１，２が配設されている点だ
けが相違する。
の実施例３と比較して、シングルパス方式を構成するよ
うに１対の超音波送受波器１，２が配設されている点だ
けが相違する。
【００３０】〔実施例５〕図９（ａ）（ｂ）の実施例５
は、図２の実施形態のように、２重円管状の流路４を有
するもので、フランジ９，１０を一体的に形成したケー
シング８の円管３Ａと、ケーシング８と同軸に配置した
内側部材に形成した円管（むしろ円柱と表現すべきか
も）３Ｂとの間の流路４内を同図（ｂ）の図示下方から
上方に流体が流れる。
は、図２の実施形態のように、２重円管状の流路４を有
するもので、フランジ９，１０を一体的に形成したケー
シング８の円管３Ａと、ケーシング８と同軸に配置した
内側部材に形成した円管（むしろ円柱と表現すべきか
も）３Ｂとの間の流路４内を同図（ｂ）の図示下方から
上方に流体が流れる。
【００３１】流体の流速は、シングルパス方式を構成す
る１対の超音波送受波器１，２又はシングルリフレクシ
ョン方式を構成する１対の超音波送受波器１Ａ，２Ａに
よって計測される。
る１対の超音波送受波器１，２又はシングルリフレクシ
ョン方式を構成する１対の超音波送受波器１Ａ，２Ａに
よって計測される。
【００３２】〔実施例６〕図１０（ａ）（ｂ）の実施例
６は、図９（ａ）（ｂ）の実施例５と比較して、シング
ルリフレクション方式を構成する超音波送受波器１Ａ，
２Ａが内部部材に配設されている点だけが相違する。
６は、図９（ａ）（ｂ）の実施例５と比較して、シング
ルリフレクション方式を構成する超音波送受波器１Ａ，
２Ａが内部部材に配設されている点だけが相違する。
【００３３】〔実施例７〕図１１の実施例７では、入口
１１から流入した流体は、偏向板１３によって上方に向
きを変え、２重円筒状の流路４を通過し、偏向板１４に
よって９０度向きを変えて出口１２から流出する。
１１から流入した流体は、偏向板１３によって上方に向
きを変え、２重円筒状の流路４を通過し、偏向板１４に
よって９０度向きを変えて出口１２から流出する。
【００３４】流速は２重円管状流路４を通過するとき
に、シングルリフレクション方式を構成する１対の超音
波送受波器１Ａ，２Ａによって計測される。なお、流速
の計測は超音波送受波器１Ａ，２Ａによらないで、シン
グルパス方式を構成する別の１対の超音波送波器１，２
によって計測してもよい。
に、シングルリフレクション方式を構成する１対の超音
波送受波器１Ａ，２Ａによって計測される。なお、流速
の計測は超音波送受波器１Ａ，２Ａによらないで、シン
グルパス方式を構成する別の１対の超音波送波器１，２
によって計測してもよい。
【００３５】
【発明の効果】本発明の超音波流量計は上述のように構
成されているので、流路（４）内の流れが２次元流に近
い分布となり、その結果、断面平均流速が直接得られ
る。そして、層流と乱流の特性差がない。また、流体種
による特性差がない。更に又、温度、圧力等の流体条件
による特性差もない等の利点が生じる。
成されているので、流路（４）内の流れが２次元流に近
い分布となり、その結果、断面平均流速が直接得られ
る。そして、層流と乱流の特性差がない。また、流体種
による特性差がない。更に又、温度、圧力等の流体条件
による特性差もない等の利点が生じる。
【００３６】そして、流路（４）の形状から、上下流の
影響が小さくなり、コンパクトな流量計を実現できる。
影響が小さくなり、コンパクトな流量計を実現できる。
【図１】本発明の好ましい実施の形態で、（ａ）は正断
面図、（ｂ）は縦断側面図である。
面図、（ｂ）は縦断側面図である。
【図２】本発明の好ましい他の実施形態で、（ａ）は正
断面図、（ｂ）は（ａ）図の一部を拡大した図である。
断面図、（ｂ）は（ａ）図の一部を拡大した図である。
【図３】本発明の実施例１で、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断側面図である。
（ｂ）は縦断側面図である。
【図４】図３の実施例１の平断面図である。
【図５】本発明の実施例２の要部縦断側面図である。
【図６】本発明の実施例３で、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断側面図である。
（ｂ）は縦断側面図である。
【図７】図６の実施例３の平断面図である。
【図８】本発明の実施例４の要部縦断側面図である。
【図９】本発明の実施例５で、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断面図である。
（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】本発明の実施例６で、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断面図である。
（ｂ）は縦断面図である。
【図１１】本発明の実施例７の縦断面図である。
【図１２】従来技術の測定原理を説明する図で、（ａ）
は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
１，２，１Ａ，２Ａ 超音波送受波器 ３ 管路 ３Ａ，３Ｂ 円管 ４ 流路 ５ 超音波伝播線 ｘ，ｙ，ｚ 座標 Ｈ 高さ Ｗ 幅
Claims (4)
- 【請求項１】 流路（４）の断面を矩形断面とし、該矩
形断面の高さ（Ｈ）に対し幅（Ｗ）を５倍以上に定めた
ことを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項２】 流路断面の高さ方向（ｙ方向）と流体の
流れ方向（ｘ方向）を含む平面内に超音波伝播線（５）
が含まれるように１対の超音波送受波器（１，１Ａ）
（２，２Ａ）を配設したことを特徴とする請求項１記載
の超音波流量計。 - 【請求項３】 同軸に設けた２つの円管（３Ａ）（３
Ｂ）の間に流路（４）が形成され、両円管（３Ａ）（３
Ｂ）の半径方向の間隔（Ｈ）に対し一方の円管（３Ａ）
の円周を５倍以上に定めたことを特徴とする超音波流量
計。 - 【請求項４】 両円管（３Ａ）（３Ｂ）の半径方向と流
体の流れ方向を含む平面内に超音波伝播線（５）が含ま
れるように１対の超音波送受波器（１，１Ａ）（２，２
Ａ）を配設したことを特徴とする請求項３記載の超音波
流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9040794A JPH10239125A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9040794A JPH10239125A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 超音波流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239125A true JPH10239125A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12590534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9040794A Pending JPH10239125A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10239125A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11118568A (ja) * | 1997-10-20 | 1999-04-30 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 流量計 |
| WO2000055581A1 (fr) * | 1999-03-17 | 2000-09-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Debitmetre a ultrasons |
| KR101361470B1 (ko) * | 2012-03-02 | 2014-02-11 | (주)씨엠엔텍 | 초음파 유량계 및 열량계 |
| DE102004060065B4 (de) * | 2004-12-14 | 2016-10-20 | Robert Bosch Gmbh | Ultraschall Durchflussmesser mit Leitelementen |
| JP2017096979A (ja) * | 2017-01-30 | 2017-06-01 | 愛知時計電機株式会社 | 超音波流量計 |
| JP2018077066A (ja) * | 2016-11-07 | 2018-05-17 | 田村 善胤 | サドル型超音波流速計及び流速計測方法 |
-
1997
- 1997-02-25 JP JP9040794A patent/JPH10239125A/ja active Pending
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