JPH1048009A - Ultrasound temperature current meter - Google Patents
Ultrasound temperature current meterInfo
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- JPH1048009A JPH1048009A JP8204794A JP20479496A JPH1048009A JP H1048009 A JPH1048009 A JP H1048009A JP 8204794 A JP8204794 A JP 8204794A JP 20479496 A JP20479496 A JP 20479496A JP H1048009 A JPH1048009 A JP H1048009A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いて配
管内を流れる流体の温度および流速を計測する超音波温
度流速計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic temperature / velocity meter for measuring the temperature and flow velocity of a fluid flowing in a pipe using ultrasonic waves.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、配管内を流れる流体の流速を計測
する装置として、配管の外壁面上に配管の長手方向に対
し斜めの方向に対向して第１および第２の超音波センサ
を設置し、第１の超音波センサから第２の超音波センサ
へ伝搬する超音波の伝搬時間と第２の超音波センサから
第１の超音波センサへ伝搬する超音波の伝搬時間との差
および予め設定された流体中の音速に基づいて流速を求
める超音波流速計が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for measuring the flow velocity of a fluid flowing in a pipe, first and second ultrasonic sensors are installed on the outer wall surface of the pipe so as to face in a direction oblique to the longitudinal direction of the pipe. The difference between the propagation time of the ultrasonic wave propagating from the first ultrasonic sensor to the second ultrasonic sensor and the propagation time of the ultrasonic wave propagating from the second ultrasonic sensor to the first ultrasonic sensor, and 2. Description of the Related Art There is known an ultrasonic anemometer that determines a flow velocity based on a set sound velocity in a fluid.
【０００３】また、流体中の音速の値は流体の温度によ
って変化するため、例えば実願平２−１１１６１７で示
される温度補償形熱式流量計のように、適当な測温素子
を用いて流体の温度を計測し、その温度に基づいて音速
を補正することにより、温度に影響されることなく流速
を求める方法が提案されている。Further, since the value of the speed of sound in a fluid changes depending on the temperature of the fluid, for example, a suitable temperature measuring element such as a temperature-compensated thermal flow meter disclosed in Japanese Utility Model Application No. 2-111617 is used. A method has been proposed in which the temperature is measured and the speed of sound is corrected based on the temperature to determine the flow velocity without being affected by the temperature.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述したような流体の
温度による音速の変化の影響を取り除くために、測温素
子を用いて流体の温度を計測する従来の超音波流速計で
は、測温素子の設置のために配管に対して穴あけ等の加
工を行う必要があるという問題があり、さらに測温素子
の計測遅れのため、流体の温度および流速が時間的に激
しく変化するような場合には正確な計測を行うことがで
きないという問題があった。本発明は、容易かつ高精度
に流体の温度および流速を計測することのできる超音波
温度流速計を提供することを目的とする。In order to eliminate the influence of the change in the speed of sound due to the temperature of the fluid as described above, a conventional ultrasonic current meter which measures the temperature of the fluid using a temperature measuring element is used. When there is a problem that it is necessary to perform processing such as drilling on the piping for installation of the pipe, and when the temperature and flow velocity of the fluid change drastically with time due to the delay in measurement of the temperature measuring element, There was a problem that accurate measurement could not be performed. An object of the present invention is to provide an ultrasonic temperature / velocity meter that can easily and accurately measure the temperature and flow velocity of a fluid.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は配管の外壁面上に配管の長手方向に対し垂
直の方向に対向して設置された一対の超音波トランスデ
ューサを用いて、配管内を流れる流体中の音速と温度を
計測するようにしたものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention uses a pair of ultrasonic transducers installed on the outer wall surface of a pipe in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pipe, It measures the speed of sound and temperature in the fluid flowing through the pipe.
【０００６】すなわち、本発明に係る超音波温度流速計
は、配管の外壁面上に配管の長手方向に対し垂直の方向
に対向して設置された第１および第２の超音波トランス
デューサと、配管の外壁面上に配管の長手方向に対し斜
めの方向に対向して設置された第３および第４の超音波
トランスデューサと、第１の超音波トランスデューサか
ら第２の超音波トランスデューサへ伝搬する超音波の伝
搬時間および第１の超音波トランスデューサから送信さ
れ配管の内壁面で反射されて第１の超音波トランスデュ
ーサに戻る超音波の伝搬時間に基づいて配管内を流れる
流体中の音速を計測する音速計測手段と、この音速計測
手段により計測された音速から配管内を流れる流体の温
度を計測する温度計測手段と、第３の超音波トランスデ
ューサから第４の超音波トランスデューサへ伝搬する超
音波の伝搬時間と第４の超音波トランスデューサから第
３の超音波トランスデューサへ伝搬する超音波の伝搬時
間との差および音速計測手段により計測された音速に基
づいて配管内を流れる流体の流速を計測する流速計測手
段とを備えている。That is, the ultrasonic temperature and velocity meter according to the present invention comprises first and second ultrasonic transducers installed on the outer wall surface of a pipe in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pipe, Third and fourth ultrasonic transducers installed on the outer wall surface of the pipe in a direction oblique to the longitudinal direction of the pipe, and ultrasonic waves propagating from the first ultrasonic transducer to the second ultrasonic transducer Velocity measurement for measuring the velocity of sound in the fluid flowing through the pipe based on the propagation time of the ultrasonic wave and the propagation time of the ultrasonic wave transmitted from the first ultrasonic transducer and reflected on the inner wall surface of the pipe and returned to the first ultrasonic transducer Means, temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid flowing through the pipe from the sound velocity measured by the sound velocity measuring means, and a fourth ultrasonic transducer to a fourth ultrasonic transducer. Based on the difference between the propagation time of the ultrasonic wave propagating to the ultrasonic transducer and the propagation time of the ultrasonic wave propagating from the fourth ultrasonic transducer to the third ultrasonic transducer, and the sound velocity measured by the sound velocity measuring means, the inside of the pipe is determined. A flow velocity measuring means for measuring the flow velocity of the flowing fluid.
【０００７】本発明の超音波温度流速計では、第１の超
音波トランスデューサから第２の超音波トランスデュー
サへ伝搬する超音波の伝搬時間から第１の超音波トラン
スデューサから送信され配管の内壁面で反射されて第１
の超音波トランスデューサに戻る超音波の伝搬時間を差
し引くことによって配管の板厚の影響が除去され、流体
中の超音波の伝搬時間が求まる。In the ultrasonic temperature and velocity meter of the present invention, the ultrasonic wave is transmitted from the first ultrasonic transducer based on the propagation time of the ultrasonic wave propagating from the first ultrasonic transducer to the second ultrasonic transducer, and is reflected by the inner wall surface of the pipe. Been the first
By subtracting the propagation time of the ultrasonic wave returning to the ultrasonic transducer, the influence of the thickness of the pipe is removed, and the propagation time of the ultrasonic wave in the fluid is obtained.
【０００８】この第１の超音波トランスデューサから送
信された超音波は、伝搬方向が配管内を流れる流体の流
れ方向に対して垂直の方向であるため、流体の流速によ
って伝搬時間の影響を受けることはない。従って、この
流体中の超音波が伝搬時間に基づいて正確な音速が得ら
れ、さらに、この音速から流体の温度を求めることがで
きる。The ultrasonic wave transmitted from the first ultrasonic transducer is influenced by the flow time of the fluid because the propagation direction of the ultrasonic wave is perpendicular to the flow direction of the fluid flowing through the pipe. There is no. Accordingly, an accurate sound speed can be obtained based on the propagation time of the ultrasonic wave in the fluid, and the temperature of the fluid can be obtained from the sound speed.
【０００９】このようにして、測温素子を用いる場合の
ように配管に穴空け等をすることなく、また配管の板厚
や板厚の温度変化の影響を受けることなく、容易かつ高
精度に音速および温度を求めることができる。In this manner, unlike the case where a temperature measuring element is used, the pipe is not drilled or the like, and it is easy and highly accurate without being affected by the thickness of the pipe or the temperature change of the thickness. The speed of sound and temperature can be determined.
【００１０】そして、第３の超音波トランスデューサか
ら第４の超音波トランスデューサへ伝搬する超音波の伝
搬時間と第４の超音波トランスデューサから第３の超音
波トランスデューサへ伝搬する超音波の伝搬時間の差と
上述の計測された音速とに基づいて配管内を流れる流体
の流速を計測することにより、流体の温度および流速が
時間的に激しく変化するような場合でも正確に流速を求
めることができる。The difference between the propagation time of the ultrasonic wave propagating from the third ultrasonic transducer to the fourth ultrasonic transducer and the propagation time of the ultrasonic wave propagating from the fourth ultrasonic transducer to the third ultrasonic transducer. By measuring the flow velocity of the fluid flowing in the pipe based on the measured sound velocity and the above-described sound velocity, the flow velocity can be accurately obtained even when the temperature and the flow velocity of the fluid change drastically with time.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
る超音波温度流速計の概略構成を示すブロック図であ
る。この超音波温度流速計は、センサ１〜３、切替器
４、送受信器５、ゲート回路６、カウンタ７、演算部
８、制御部９により構成されている。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic temperature and velocity meter according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic temperature and velocity meter includes sensors 1 to 3, a switch 4, a transceiver 5, a gate circuit 6, a counter 7, a calculation unit 8, and a control unit 9.
【００１２】センサ１〜３は、本実施形態において超音
波の送受信を行うためのものであり、図２にその具体的
な構成および配管への設置状態を示す。センサ１には圧
電素子２１，２３が設けられ、センサ２，３には圧電素
子２２，２４がそれぞれ設けられている。圧電素子２１
は、切替器４を介して送受信器５から出力される送信信
号により駆動されて配管３０側に超音波を送信すると共
に、配管３０側から入射する超音波を受信して電気信号
に変換し、受信信号として出力するものである。The sensors 1 to 3 are for transmitting and receiving ultrasonic waves in the present embodiment, and FIG. 2 shows a specific configuration thereof and a state of being installed in a pipe. The sensor 1 is provided with piezoelectric elements 21 and 23, and the sensors 2 and 3 are provided with piezoelectric elements 22 and 24, respectively. Piezoelectric element 21
Is driven by a transmission signal output from the transmitter / receiver 5 via the switch 4, transmits an ultrasonic wave to the pipe 30 side, receives an ultrasonic wave incident from the pipe 30 side, converts it into an electric signal, It is output as a received signal.
【００１３】そして、センサ１〜３は圧電素子２１と圧
電素子２２とが配管３０の長手方向に対し垂直方向に対
向し、かつ圧電素子２３と圧電素子２４とが配管３０の
長手方向に対し斜めの方向に対向するように、すなわち
角度θ（０°＜θ＜９０°）の方向で対向するように配
管３０の外壁面３１に設置される。この場合、圧電素子
２１から送信される超音波１０１は、圧電素子２２で受
信されると共に、その一部が配管３０の内壁面３２で反
射し、その反射波１０２が圧電素子２１で受信される。
また、圧電素子２３から送信される超音波１０３は圧電
素子２４で受信され、圧電素子２４から送信される超音
波１０４は圧電素子２３で受信される。In the sensors 1 to 3, the piezoelectric element 21 and the piezoelectric element 22 are opposed to each other in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pipe 30, and the piezoelectric elements 23 and 24 are oblique to the longitudinal direction of the pipe 30. , That is, on the outer wall surface 31 of the pipe 30 so as to face in the direction of the angle θ (0 ° <θ <90 °). In this case, the ultrasonic wave 101 transmitted from the piezoelectric element 21 is received by the piezoelectric element 22, and a part thereof is reflected on the inner wall surface 32 of the pipe 30, and the reflected wave 102 is received by the piezoelectric element 21. .
The ultrasonic wave 103 transmitted from the piezoelectric element 23 is received by the piezoelectric element 24, and the ultrasonic wave 104 transmitted from the piezoelectric element 24 is received by the piezoelectric element 23.
【００１４】切替器４は、センサ１〜３の各圧電素子２
１〜２４の送信状態と受信状態とを切り替えるためのも
のである。ここで、送信状態とは送受信器５から出力さ
れる送信信号が圧電素子２１〜２４に入力される状態を
いい、受信状態とは圧電素子から出力される受信信号が
送受信器５に入力される状態をいう。The switching device 4 is provided for each of the piezoelectric elements 2 of the sensors 1 to 3.
This is for switching between the transmission state and the reception state of Nos. 1 to 24. Here, the transmission state refers to a state in which a transmission signal output from the transceiver 5 is input to the piezoelectric elements 21 to 24, and the reception state refers to a reception signal output from the piezoelectric element being input to the transceiver 5. State.
【００１５】送受信器５は、切替器４を介して送信状態
の圧電素子２１〜２４に所定の周波数および電圧の送信
信号を出力すると共に、受信状態の圧電素子２１〜２４
から切替器４を介して入力される受信信号を適当に増幅
してゲート回路６に出力する。The transmitter / receiver 5 outputs a transmission signal of a predetermined frequency and voltage to the piezoelectric elements 21 to 24 in the transmitting state via the switch 4, and outputs the transmitting signals to the piezoelectric elements 21 to 24 in the receiving state.
, And appropriately amplifies the received signal input through the switch 4 and outputs the amplified signal to the gate circuit 6.
【００１６】ゲート回路６は、送受信器５から出力され
る受信信号から計測に必要な信号を適宜選択してカウン
タ７に出力する。カウンタ７は、計測開始時に制御部９
から出力されるトリガ信号とゲート回路６から出力され
る受信信号に従って制御され、圧電素子２１から圧電素
子２２への超音波１０１の伝搬時間ｔ1 、圧電素子２１
から送信され配管３０の内壁面３２で反射した反射波１
０２が圧電素子２１に戻るまでの伝搬時間ｔ2 、圧電素
子２３から圧電素子２４への超音波１０３の伝搬時間と
圧電素子２４から圧電素子２４への超音波１０４の伝搬
時間との伝搬時間差Δｔを求める。The gate circuit 6 appropriately selects a signal required for measurement from the received signal output from the transceiver 5 and outputs the signal to the counter 7. The counter 7 is controlled by the control unit 9 at the start of measurement.
Is controlled according to the trigger signal output from the piezoelectric element 21 and the reception signal output from the gate circuit 6, the propagation time t 1 of the ultrasonic wave 101 from the piezoelectric element 21 to the piezoelectric element 22,
Reflected from the inner wall surface 32 of the pipe 30 transmitted from the
02 is the propagation time t 2 before returning to the piezoelectric element 21, and the propagation time difference Δt between the propagation time of the ultrasonic wave 103 from the piezoelectric element 23 to the piezoelectric element 24 and the propagation time of the ultrasonic wave 104 from the piezoelectric element 24 to the piezoelectric element 24. Ask for.
【００１７】演算部８は、音速計測部１０と温度計測部
１１および流速計測部１２により構成されている。音速
計測部１０は、伝搬時間ｔ1 およびｔ2 に基づいて流体
中の音速Ｃを計測する。温度計測部１１は、この音速Ｃ
に基づいて流体の温度Ｔを計測する。流速計測部１２
は、伝搬時間差Δｔおよび音速Ｃに基づいて流体の流速
Ｖを計測する。The calculation unit 8 includes a sound speed measurement unit 10, a temperature measurement unit 11, and a flow velocity measurement unit 12. The sound velocity measuring unit 10 measures the sound velocity C in the fluid based on the propagation times t 1 and t 2 . The temperature measuring unit 11 calculates the sound speed C
The temperature T of the fluid is measured based on Flow velocity measuring unit 12
Measures the flow velocity V of the fluid based on the propagation time difference Δt and the sound velocity C.
【００１８】制御部９は、この超音波温度流速計の制御
を司り、切替器４、送受信器５、ゲート回路６、カウン
タ７および演算部８の動作をそれぞれ制御する。以下、
この超音波温度流速計を用いた温度および流速の計測動
作について詳細に説明する。The control section 9 controls the ultrasonic temperature and velocity meter, and controls the operations of the switch 4, the transceiver 5, the gate circuit 6, the counter 7, and the operation section 8, respectively. Less than,
The operation of measuring the temperature and the flow velocity using the ultrasonic temperature / velocity meter will be described in detail.
【００１９】まず、流体の温度Ｔの計測を以下のように
して行う。制御部９は、切替器４を制御してセンサ１の
圧電素子２１を送信状態にすると共に、センサ２の圧電
素子２２を受信状態にする。この状態で送受信器５から
送信信号が出力されることにより、圧電素子２１から超
音波１０１が送信され、それと同時にカウンタ７におい
て時間計測のためのカウント動作が開始される。なお、
圧電素子２１は超音波１０１を送信した後、制御部９に
よって制御された切替器４により受信状態に切り替えら
れる。First, the temperature T of the fluid is measured as follows. The control unit 9 controls the switch 4 to set the piezoelectric element 21 of the sensor 1 to the transmission state and set the piezoelectric element 22 of the sensor 2 to the reception state. In this state, when the transmission signal is output from the transceiver 5, the ultrasonic wave 101 is transmitted from the piezoelectric element 21, and at the same time, the counter 7 starts the counting operation for time measurement. In addition,
After transmitting the ultrasonic wave 101, the piezoelectric element 21 is switched to the receiving state by the switch 4 controlled by the control unit 9.
【００２０】圧電素子２１から送信された超音波１０１
は、配管３０の長手方向、すなわち流体の流れ方向３３
に対し垂直方向に流体中を伝搬して圧電素子２２で受信
される。圧電素子２２は受信した超音波１０１に応じた
受信信号２０１を出力し、この受信信号２０１は切替器
４を介して送受信器５に入力されて適当に増幅された
後、ゲート回路６を介してカウンタ７に入力される。カ
ウンタ７は、受信信号２０１が入力された時のカウント
数を伝搬時間ｔ1 を示すデータとして演算部８の音速計
測部１０に出力する。The ultrasonic wave 101 transmitted from the piezoelectric element 21
Is the longitudinal direction of the pipe 30, that is, the flow direction 33 of the fluid.
Are propagated in the fluid in a direction perpendicular to the fluid, and are received by the piezoelectric element 22. The piezoelectric element 22 outputs a reception signal 201 corresponding to the received ultrasonic wave 101, and the reception signal 201 is input to the transmitter / receiver 5 via the switch 4, is appropriately amplified, and then passes through the gate circuit 6. Input to the counter 7. Counter 7 outputs the sound speed measuring unit 10 of the arithmetic unit 8 counts the number when the received signal 201 is input as data indicating the propagation time t 1.
【００２１】圧電素子２１から送信された超音波１０１
の一部は配管３０の内壁面３２で反射し、この反射波１
０２は受信状態に切り替えられた圧電素子２１で受信さ
れる。圧電素子２１は反射波１０１に応じた受信信号２
０２を出力し、この受信信号２０２は切替器４、送受信
器５およびゲート回路６を介してカウンタ７に入力され
る。カウンタ７は、受信信号２０２が入力された時のカ
ウント数を伝搬時間ｔ2 を示すデータとして音速計測部
１０に出力する。伝搬時間ｔ2 は、圧電素子２１から送
信された超音波１０１がセンサ１，２および配管３０な
どの流体中以外の部分を伝搬するのに要した時間に相当
するので、ｔ1 からｔ2 を差し引くことによって流体中
の超音波１０１の伝搬時間を求めることができる。The ultrasonic wave 101 transmitted from the piezoelectric element 21
Is reflected by the inner wall surface 32 of the pipe 30, and the reflected wave 1
02 is received by the piezoelectric element 21 switched to the receiving state. The piezoelectric element 21 receives the received signal 2 corresponding to the reflected wave 101.
02, and the received signal 202 is input to the counter 7 via the switch 4, the transceiver 5 and the gate circuit 6. Counter 7 outputs the sound speed measuring unit 10 as data indicating the propagation time t 2 the count number when the received signal 202 is input. Propagation time t 2, so corresponds to the time the ultrasonic wave 101 transmitted from the piezoelectric element 21 is required to propagate a portion other than in a fluid such as sensors 1, 2 and the pipe 30, the t 2 from t 1 By subtraction, the propagation time of the ultrasonic wave 101 in the fluid can be obtained.
【００２２】音速計測部１０は、伝搬時間ｔ1 ，ｔ2 に
基づいて計測時における流体中の音速Ｃを計測する。こ
の場合、圧電素子２１から送信された超音波１０１は、
体の流れ方向３３に対して垂直方向に伝搬し、流速Ｖに
よって伝搬時間ｔ1 の影響を受けることがない。従っ
て、配管３０の内径をＬ1 とすると、音速Ｃは次式によ
って求められる。The sound velocity measuring unit 10 measures the sound velocity C in the fluid at the time of measurement based on the propagation times t 1 and t 2 . In this case, the ultrasonic wave 101 transmitted from the piezoelectric element 21 is
The beam propagates in a direction perpendicular to the body flow direction 33 and is not affected by the propagation time t 1 by the flow velocity V. Therefore, when the inner diameter of the pipe 30 and L 1, sound velocity C is determined by the following equation.
【００２３】 Ｃ＝Ｌ1 ／（ｔ1 −ｔ2 ） …（１） 温度計測部１１は、この音速Ｃに基づいて流体の温度Ｔ
を計測する。この場合、温度Ｔは次式によって求められ
る。なお、ｆは音速Ｃに対する温度Ｔの関数であり、流
体の種類によって定められる。C = L 1 / (t 1 −t 2 ) (1) The temperature measuring unit 11 calculates the fluid temperature T based on the sound speed C.
Is measured. In this case, the temperature T is obtained by the following equation. Note that f is a function of the temperature T with respect to the sound speed C, and is determined by the type of the fluid.
【００２４】 Ｔ＝ｆ（Ｃ） …（２） 次に、流体の流速Ｖの計測を以下のようにして行う。制
御部９は、切替器４を制御してセンサ１の圧電素子２２
を送信状態にすると共に、センサ３の圧電素子２４を受
信状態にする。この状態で送受信器５から送信信号が出
力されることにより、圧電素子２３から超音波１０３が
送信され、それと同時にカウンタ７のカウント動作が開
始される。なお、圧電素子２３は超音波１０３を送信し
た後、制御部９によって制御された切替器４により受信
状態に切り替えられる。T = f (C) (2) Next, the flow velocity V of the fluid is measured as follows. The control unit 9 controls the switch 4 to control the piezoelectric element 22 of the sensor 1.
Is set to the transmission state, and the piezoelectric element 24 of the sensor 3 is set to the reception state. In this state, when the transmission signal is output from the transceiver 5, the ultrasonic wave 103 is transmitted from the piezoelectric element 23, and at the same time, the counting operation of the counter 7 is started. After transmitting the ultrasonic wave 103, the piezoelectric element 23 is switched to the reception state by the switch 4 controlled by the control unit 9.
【００２５】圧電素子２３から送信された超音波１０３
は、流体の流れ方向３３に対して角度θで流体中を伝搬
して圧電素子２４で受信される。圧電素子２４は受信し
た超音波１０３に応じた受信信号２０３を出力し、この
受信信号２０３は切替器４、送受信器５およびゲート回
路６を介してカウンタ７に入力される。カウンタ７は、
受信信号２０３が入力された時のカウント数を超音波１
０３の伝搬時間ｔ3 として蓄積しておく。The ultrasonic wave 103 transmitted from the piezoelectric element 23
Propagates through the fluid at an angle θ with respect to the flow direction 33 of the fluid and is received by the piezoelectric element 24. The piezoelectric element 24 outputs a reception signal 203 corresponding to the received ultrasonic wave 103, and the reception signal 203 is input to the counter 7 via the switch 4, the transceiver 5 and the gate circuit 6. The counter 7
The number of counts when the reception signal 203 is input is set to the ultrasonic wave 1
03 is stored as the propagation time t 3 .
【００２６】一方、圧電素子２４において圧電素子２３
から送信された超音波１０３が受信されると、制御部９
は切替器４を制御して圧電素子２４を送信状態に、圧電
素子２３を受信状態にそれぞれ切り替える。そして、送
受信器５から送信信号を出力させることにより圧電素子
２４から超音波１０４を送信させると共に、カウンタ７
のカウント動作を開始させる。On the other hand, in the piezoelectric element 24, the piezoelectric element 23
The control unit 9 receives the ultrasonic wave 103 transmitted from the
Controls the switch 4 to switch the piezoelectric element 24 to the transmitting state and the piezoelectric element 23 to the receiving state. Then, by transmitting a transmission signal from the transceiver 5, the ultrasonic wave 104 is transmitted from the piezoelectric element 24, and
Is started.
【００２７】圧電素子２４から送信された超音波１０４
は、圧電素子２３から送信された超音波１０３とは逆方
向に流体中を伝搬して圧電素子２３で受信される。圧電
素子２３は、受信した超音波１０４に応じた受信信号２
０４を出力し、この受信信号２０４は切替器４、送受信
器５およびゲート回路６を介してカウンタ７に入力され
る。The ultrasonic wave 104 transmitted from the piezoelectric element 24
Is transmitted through the fluid in the opposite direction to the ultrasonic wave 103 transmitted from the piezoelectric element 23 and received by the piezoelectric element 23. The piezoelectric element 23 receives a received signal 2 corresponding to the received ultrasonic wave 104.
04, and the received signal 204 is input to the counter 7 via the switch 4, the transceiver 5, and the gate circuit 6.
【００２８】カウンタ７は、受信信号２０４が入力され
た時のカウント数を超音波１０４の伝搬時間ｔ4 とし
て、蓄積しておいた伝搬時間ｔ3 とこの伝搬時間ｔ4 と
の伝搬時間差Δｔ（＝ｔ3 −ｔ4 ）を求め、この伝搬時
間差Δｔを示すデータを演算部８の流速計測部１２に出
力する。The counter 7 sets the count number when the received signal 204 is input as the propagation time t 4 of the ultrasonic wave 104, and the propagation time difference Δt between the accumulated propagation time t 3 and this propagation time t 4. = T 3 −t 4 ), and outputs data indicating the propagation time difference Δt to the flow velocity measuring unit 12 of the arithmetic unit 8.
【００２９】流速計測部１２は、この伝搬時間差Δｔお
よび先に計測した音速Ｃに基づいて流体の流速Ｖを計測
する。この場合、流れ方向３３と超音波１０３の伝搬方
向との角度をθ、超音波１０３および１０４の流体中の
伝搬距離をＬ2 とすると、流速Ｖは次式により求められ
る。The flow velocity measuring unit 12 measures the flow velocity V of the fluid based on the propagation time difference Δt and the previously measured sound velocity C. In this case, assuming that the angle between the flow direction 33 and the propagation direction of the ultrasonic wave 103 is θ, and the propagation distance of the ultrasonic waves 103 and 104 in the fluid is L 2 , the flow velocity V is obtained by the following equation.
【００３０】[0030]
【数１】 (Equation 1)
【００３１】このように本実施形態の超音波温度流速計
では、圧電素子２１から圧電素子２２へ伝搬する超音波
１０１の伝搬時間ｔ1 から圧電素子２１から送信され配
管３０の内壁面３０で反射されて圧電素子２１に戻る反
射波１０２の伝搬時間ｔ2 を差し引くことによって、配
管３０の板厚の影響を除去した流体中の超音波１０１の
伝搬時間を求めている。ここで、圧電素子２１から送信
された超音波１０１の伝搬方向は流体の流れ方向３３に
対して垂直の方向であるため、流体の流速Ｖによって伝
搬時間が影響を受けることはない。従って、この流体中
の超音波１０１の伝搬時間に基づいて計測時における流
体中の正確な音速Ｃが得られる。さらに、この音速Ｃか
ら流体の温度Ｔを正確に求めることができる。As described above, in the ultrasonic temperature and velocity meter of the present embodiment, the ultrasonic wave 101 transmitted from the piezoelectric element 21 to the piezoelectric element 22 is transmitted from the piezoelectric element 21 from the propagation time t 1 and reflected by the inner wall surface 30 of the pipe 30. By subtracting the propagation time t 2 of the reflected wave 102 returning to the piezoelectric element 21, the propagation time of the ultrasonic wave 101 in the fluid from which the influence of the plate thickness of the pipe 30 has been removed is obtained. Here, since the propagation direction of the ultrasonic wave 101 transmitted from the piezoelectric element 21 is a direction perpendicular to the flow direction 33 of the fluid, the propagation time is not affected by the flow velocity V of the fluid. Accordingly, an accurate sound velocity C in the fluid at the time of measurement can be obtained based on the propagation time of the ultrasonic wave 101 in the fluid. Further, the temperature T of the fluid can be accurately obtained from the sound speed C.
【００３２】このように、従来のように配管３０への穴
空け等の加工を必要とせずに、また配管３０の板厚や板
厚の温度変化の影響を受けることなく、容易かつ正確に
音速Ｃおよび温度Ｔを求めることができる。As described above, the sonic velocity can be easily and accurately determined without the need for processing such as making a hole in the pipe 30 as in the prior art, and without being affected by the thickness of the pipe 30 or the temperature change of the thickness. C and temperature T can be determined.
【００３３】そして、圧電素子２３から圧電素子２４へ
と伝搬する超音波１０３の伝搬時間ｔ3 と圧電素子２４
から圧電素子２３伝搬する超音波１０４の伝搬時間ｔ4
との伝搬時間差Δｔおよび上述の計測された音速Ｃに基
づいて流体の流速Ｖを計測することにより、流体の温度
Ｔおよび流速Ｖが時間的に激しく変化するような場合で
も、正確に流速Ｖを求めることができる。The propagation time t 3 of the ultrasonic wave 103 propagating from the piezoelectric element 23 to the piezoelectric element 24 and the piezoelectric element 24
Propagation time t 4 of the ultrasonic wave 104 propagating from the piezoelectric element 23
By measuring the flow velocity V of the fluid based on the propagation time difference Δt and the measured sound velocity C, even when the temperature T and the flow velocity V of the fluid change drastically with time, the flow velocity V can be accurately determined. You can ask.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、配
管内の流体の流れ方向に対し垂直方向に送信した超音波
の流体中の伝搬時間に基づいて流体の音速および温度を
求め、さらに、この音速を用いて流体の流速を求めるこ
とにより、容易かつ高精度に流体の温度および流速を計
測することが可能となる。As described above, according to the present invention, the sound velocity and the temperature of the fluid are obtained based on the propagation time of the ultrasonic wave transmitted in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid in the pipe. By determining the flow velocity of the fluid using this sound velocity, the temperature and the flow velocity of the fluid can be easily and accurately measured.
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波温度流速計の
構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic temperature and velocity meter according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１中のセンサの具体的な構成および配管への
設置状態を説明するための図FIG. 2 is a diagram for explaining a specific configuration of the sensor in FIG. 1 and a state of installation on a pipe.
１〜３…センサ ４…切替器 ５…送受信器 ６…ゲート回路 ７…カウンタ ８…演算部 ９…制御部 １０…音速計測部 １１…温度計測部 １２…流速計測部 ２１〜２４…圧電素子 ３０…配管 ３１…外壁面 ３２…内壁面 ３３…流れ方向 1-3 Sensor 4 Switch 5 Transceiver 6 Gate circuit 7 Counter 8 Operation unit 9 Control unit 10 Sound velocity measurement unit 11 Temperature measurement unit 12 Flow velocity measurement unit 21-24 Piezoelectric element 30 ... Piping 31 ... Outer wall surface 32 ... Inner wall surface 33 ... Flow direction
Claims (1)
直の方向に対向して設置された第１および第２の超音波
トランスデューサと、 前記配管の外壁面上に配管の長手方向に対し斜めの方向
に対向して設置された第３および第４の超音波トランス
デューサと、 前記第１の超音波トランスデューサから前記第２の超音
波トランスデューサへ伝搬する超音波の伝搬時間および
前記第１の超音波トランスデューサから送信され前記配
管の内壁面で反射されて前記第１の超音波トランスデュ
ーサに戻る超音波の伝搬時間に基づいて前記配管内を流
れる流体中の音速を計測する音速計測手段と、 この音速計測手段により計測された音速から前記配管内
を流れる流体の温度を計測する温度計測手段と、 前記第３の超音波トランスデューサから前記第４の超音
波トランスデューサへ伝搬する超音波の伝搬時間と前記
第４の超音波トランスデューサから前記第３の超音波ト
ランスデューサへ伝搬する超音波の伝搬時間との差およ
び前記音速計測手段により計測された音速に基づいて前
記配管内を流れる流体の流速を計測する流速計測手段と
を備えたことを特徴とする超音波温度流速計。1. A first and a second ultrasonic transducer installed on an outer wall surface of a pipe in a direction perpendicular to a longitudinal direction of the pipe, and on an outer wall surface of the pipe in a longitudinal direction of the pipe. Third and fourth ultrasonic transducers installed to face each other in an oblique direction, a propagation time of an ultrasonic wave propagating from the first ultrasonic transducer to the second ultrasonic transducer, and the first ultrasonic transducer; Sound velocity measuring means for measuring the velocity of sound in the fluid flowing through the pipe based on the propagation time of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer and reflected on the inner wall surface of the pipe and returned to the first ultrasonic transducer; Temperature measuring means for measuring the temperature of the fluid flowing through the pipe from the sound velocity measured by the sound velocity measuring means; and the fourth ultrasonic transducer from the third ultrasonic transducer. Based on the difference between the propagation time of the ultrasonic wave propagating to the ultrasonic transducer and the propagation time of the ultrasonic wave propagating from the fourth ultrasonic transducer to the third ultrasonic transducer, and the sound velocity measured by the sound velocity measuring means. And a flow rate measuring means for measuring a flow rate of a fluid flowing in the pipe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8204794A JPH1048009A (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Ultrasound temperature current meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8204794A JPH1048009A (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Ultrasound temperature current meter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1048009A true JPH1048009A (en) | 1998-02-20 |
Family
ID=16496475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8204794A Pending JPH1048009A (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Ultrasound temperature current meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1048009A (en) |
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