JPS5836020Y2 - 関水路超音波流量計 - Google Patents
関水路超音波流量計Info
- Publication number
- JPS5836020Y2 JPS5836020Y2 JP4519478U JP4519478U JPS5836020Y2 JP S5836020 Y2 JPS5836020 Y2 JP S5836020Y2 JP 4519478 U JP4519478 U JP 4519478U JP 4519478 U JP4519478 U JP 4519478U JP S5836020 Y2 JPS5836020 Y2 JP S5836020Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waterway
- ultrasonic
- flow
- water level
- float
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
この考案は上面を大気に接して傾斜によって水が流れる
開水路すなかち開きよおよび暗きょを含め、たとえば発
電所が河川から上水そうに水を導く水路などの流水量を
測定する開水路超音波流量計に関するものである。
開水路すなかち開きよおよび暗きょを含め、たとえば発
電所が河川から上水そうに水を導く水路などの流水量を
測定する開水路超音波流量計に関するものである。
一般に上記のような開水路の流量測定はピトー管・プロ
ペラ回転式また熱線式流速計によって第１−Ｂ図（開水
路流速分布図）に示す水面下（０，５〜０．７Ｈ）の平
均として（０，６Ｈ）の流速を測り、これを平均流速■
とし、これに第１−Ａ図に示す水路断面の断面積Ｓを乗
じて流量を近似的に求めるのが通常である。
ペラ回転式また熱線式流速計によって第１−Ｂ図（開水
路流速分布図）に示す水面下（０，５〜０．７Ｈ）の平
均として（０，６Ｈ）の流速を測り、これを平均流速■
とし、これに第１−Ａ図に示す水路断面の断面積Ｓを乗
じて流量を近似的に求めるのが通常である。
しかしながら開水路の流れは特殊な場合を除き第１−Ａ
図の断面Ｘ。
図の断面Ｘ。
Ｘ、およびＸｌ、Ｘｌに示すように幅方向にも速度変化
を有する乱流であり、速度分布は複雑で上記のように水
路中心部の水面下（０，６Ｈ）１点の流速を平均流速■
とする測定は近似値しか得られず、水路改造工事計画な
どできるだけ正確な流量を必要とする場合は、第１−Ａ
図のように水路の一横断面を数個に分画し、その各面積
Ｓｉとその中心の垂直線Ｍ−Ｎ上の平均流速Ｖｉを上記
流速計の倒れかで（０，２Ｈ）毎とか、少くとも（０，
５Ｈ）〜（０，７Ｈ）間を３点測定した平均値で求め、
５ｉＸＶｉ二Ｑｉとして上記各分画面の流量Ｑｉを求め
、これを合計して水路の流量Ｑ−ΣＱｉとして求めるの
である。
を有する乱流であり、速度分布は複雑で上記のように水
路中心部の水面下（０，６Ｈ）１点の流速を平均流速■
とする測定は近似値しか得られず、水路改造工事計画な
どできるだけ正確な流量を必要とする場合は、第１−Ａ
図のように水路の一横断面を数個に分画し、その各面積
Ｓｉとその中心の垂直線Ｍ−Ｎ上の平均流速Ｖｉを上記
流速計の倒れかで（０，２Ｈ）毎とか、少くとも（０，
５Ｈ）〜（０，７Ｈ）間を３点測定した平均値で求め、
５ｉＸＶｉ二Ｑｉとして上記各分画面の流量Ｑｉを求め
、これを合計して水路の流量Ｑ−ΣＱｉとして求めるの
である。
以上のように開水路の正確な流量の測定作業は高い測定
技術と多大の工数とを要し、これにかかる測量費用が高
額になる欠点があった。
技術と多大の工数とを要し、これにかかる測量費用が高
額になる欠点があった。
また従来の開水路超音波流量計は開水路側壁のたとえば
水面からの水深の４０φ位の所定位置に超音波素子のプ
ローブを１対対向配置して埋込むなどの方法で装着固定
する方式であり、第１−Ｂ図のＵｍａｘの流速を検出し
て流量計算するのである。
水面からの水深の４０φ位の所定位置に超音波素子のプ
ローブを１対対向配置して埋込むなどの方法で装着固定
する方式であり、第１−Ｂ図のＵｍａｘの流速を検出し
て流量計算するのである。
このため水位の変動によって検出流速値が変り、流量測
定値に誤差が生じる欠点だけでなく、同一水路または異
なる水路の測定位置に変更したいはあい上記プローブの
取外し装着に手間がかかる欠点があった。
定値に誤差が生じる欠点だけでなく、同一水路または異
なる水路の測定位置に変更したいはあい上記プローブの
取外し装着に手間がかかる欠点があった。
この考案は以上のような従来の欠点を解消し測定位置を
容易に変更でき、多くの測定位置の流量を短時間に高精
度で測定し、効率良く水路設計その他の用途に供しうる
目的で、従来から満水の管路向流量測定に用いられてい
た超音波式流量測定の原理を利用して開水路流量計とし
たものである。
容易に変更でき、多くの測定位置の流量を短時間に高精
度で測定し、効率良く水路設計その他の用途に供しうる
目的で、従来から満水の管路向流量測定に用いられてい
た超音波式流量測定の原理を利用して開水路流量計とし
たものである。
超音波を互に送受波する１対の超音波素子ならびに被測
定開水路の水位の変化を検出する水位計、さらにこの水
位計の検出値を入力し、流量を演算する演算器を有し、
前記開水路の流量を測定しようとする流量計において、
つぎの各構成要件を備えたことを特徴とする開水路超音
波流量計。
定開水路の水位の変化を検出する水位計、さらにこの水
位計の検出値を入力し、流量を演算する演算器を有し、
前記開水路の流量を測定しようとする流量計において、
つぎの各構成要件を備えたことを特徴とする開水路超音
波流量計。
（７）前記一対の超音波素子の一方の素子３と前記水位
計５とを設けた浮子１゜ （イ）前記浮子１の移動を水流と斜角θ０をなすよう規
制して行うようにした浮子案内枠４，４′。
計５とを設けた浮子１゜ （イ）前記浮子１の移動を水流と斜角θ０をなすよう規
制して行うようにした浮子案内枠４，４′。
（つ）前記一対の超音波素子の他方の素子２をその対向
線Ｏが前記水流との斜角θ０をなすよう対向配置すると
ともに、前記案内枠４，４′を支承し、かつこれを移動
自在に水路に定着する案内枠基台４ａにかかるものであ
る。
線Ｏが前記水流との斜角θ０をなすよう対向配置すると
ともに、前記案内枠４，４′を支承し、かつこれを移動
自在に水路に定着する案内枠基台４ａにかかるものであ
る。
以下図面によってこの考案の一実施例を詳説する。
第２−Ａ図はこの考案の開水路超音波流量計の水路側面
から見た構成およびその作動を説明するブロック図、第
２−Ｂ図は水路方向の関係位置図で、１はフロート、２
，３は超音波素子で、共に第３図に示すように２は送波
器Ｔ１と受波器Ｒ２゜３は受波器Ｒ１と送波器Ｔ２をそ
れぞれもっている。
から見た構成およびその作動を説明するブロック図、第
２−Ｂ図は水路方向の関係位置図で、１はフロート、２
，３は超音波素子で、共に第３図に示すように２は送波
器Ｔ１と受波器Ｒ２゜３は受波器Ｒ１と送波器Ｔ２をそ
れぞれもっている。
４．４′はフロートガイドで、下部基台４ａと図示しな
い支梁によって互に平行した４本の支柱で構成されてい
る。
い支梁によって互に平行した４本の支柱で構成されてい
る。
この構成によって流量計を任意の測定位置に移動自在の
ものとなっている。
ものとなっている。
θ０は下部基台４ａに装着された上記素子２とフロート
１の基台４ａ上の素子３とを結ぶ対向線が水流に対して
なす傾斜角で、通常４５°と設定する。
１の基台４ａ上の素子３とを結ぶ対向線が水流に対して
なす傾斜角で、通常４５°と設定する。
この斜角θ０の設定によって、第１−Ｂ図に示した垂直
流速分布Ｕが示す水深によって連続的に変化する流速の
水面から水路底までの平均値■を検出しうろことがこの
考案の第一の要点である。
流速分布Ｕが示す水深によって連続的に変化する流速の
水面から水路底までの平均値■を検出しうろことがこの
考案の第一の要点である。
またフロート１が水面上の流れの変動に対しては定位置
を保持し、水位のみによって上下に自由に移動しうるよ
うにフロートの車輪（図示せず）などが４，４′のガイ
ドを滑動しうるよう構成されていることも要点の一つで
ある。
を保持し、水位のみによって上下に自由に移動しうるよ
うにフロートの車輪（図示せず）などが４，４′のガイ
ドを滑動しうるよう構成されていることも要点の一つで
ある。
Ｌは上記素子２゜３の間隔で、上記のように水位の変動
に応じ可変である。
に応じ可変である。
５は水位計で水深Ｈを検出するもので、フロート１に設
置した気泡管式・超音波式または静電容量式水位計、７
は演算器、６は流量指示または指示記録計である。
置した気泡管式・超音波式または静電容量式水位計、７
は演算器、６は流量指示または指示記録計である。
以上が構成であり、つぎに第３図によって流速測定原理
を説明する。
を説明する。
いま静止流体中の音速をＣ１管路Ｐ中の流体の流れの速
さを■とすると、音波の伝搬が流体の流れに沿った方向
の伝搬速度はＣ＋■となり、その逆方向はＣ−■となる
。
さを■とすると、音波の伝搬が流体の流れに沿った方向
の伝搬速度はＣ＋■となり、その逆方向はＣ−■となる
。
送波器Ｔ１から超音波を発射し、受波器Ｒ１でこれを受
信すると、送受波器間隔は前述のＬとし、伝搬速度はＣ
＋■であるから、送波器Ｔ１からの超音波が受波器Ｒ１
に到達するまでの時間ｔｄは となる。
信すると、送受波器間隔は前述のＬとし、伝搬速度はＣ
＋■であるから、送波器Ｔ１からの超音波が受波器Ｒ１
に到達するまでの時間ｔｄは となる。
一方逆のＴ２からＲ２における所要時間ｔａは
で
ある。
ここで、これらの時間差を、７ｔとすれば
となる。
（１）式でＣ字１５００ワ４、■は数ワ４以下であるの
でＣ２〉■２の仮定が実用上成立する。
でＣ２〉■２の仮定が実用上成立する。
かくして求める流速■は
２
Ｖ＝−・Ａｔ ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（２）Ｌ として、２組の系の伝搬時間差Ｊｔから流体の流速が求
められる。
・・・・・・・（２）Ｌ として、２組の系の伝搬時間差Ｊｔから流体の流速が求
められる。
以上は流体が素子２，３を結ぶ直線Ｏ方向に流れた場合
の流速■について述べたが、第２−Ａ図に示したとおり
素子２，３を結ぶ直線Ｏは水路の流れの方向に００の傾
斜をしているので、この場合の平均流速■□は ２ ９〜−２Ｌ。
の流速■について述べたが、第２−Ａ図に示したとおり
素子２，３を結ぶ直線Ｏは水路の流れの方向に００の傾
斜をしているので、この場合の平均流速■□は ２ ９〜−２Ｌ。
。、 −、ｊ ｔ−°−−−−−−°−°°°−（３）
）となり、第１−Ｂ図で示したＵｍａｘを含む流速分布
曲線Ｕの真の平均値を示す。
）となり、第１−Ｂ図で示したＵｍａｘを含む流速分布
曲線Ｕの真の平均値を示す。
したがって第２−Ｂ図で示すような長方形水路における
流量ＱはＱ＝Ａ−Ｈ・■□ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（４）で求められる。
流量ＱはＱ＝Ａ−Ｈ・■□ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（４）で求められる。
ここでＡは水路平均幅で、第１Ａ図のような水路では水
深Ｈの若干補正を要す。
深Ｈの若干補正を要す。
Ｈは水深で前述のとおりフロート１に設けた水位計５が
検出する。
検出する。
水路幅Ａを演算器７に予め設定することによって（４）
式の演算が行なわれ、流量Ｑが流量計６にて測定できる
ものである。
式の演算が行なわれ、流量Ｑが流量計６にて測定できる
ものである。
流量計６の回路構成は上記（３）式の原理にもとづいて
現在管路向流量測定に広く採用されているとことの送波
器−流体−受波器は超音波パルスで伝達し、受波器の受
信パルスを電気的に増幅し、その電気出力パルスを送波
器に加え、超音波パルスにして発射するというシングア
ラウンド方式であるが公知でありここでは詳説を省く。
現在管路向流量測定に広く採用されているとことの送波
器−流体−受波器は超音波パルスで伝達し、受波器の受
信パルスを電気的に増幅し、その電気出力パルスを送波
器に加え、超音波パルスにして発射するというシングア
ラウンド方式であるが公知でありここでは詳説を省く。
第４図は水路幅が広い場合または第１−Ａ図で示したよ
うに水路の一横断面を区分して測定精度を高めるときに
用うる複数個の超音波素子を有する開水路流量計を示す
ものである。
うに水路の一横断面を区分して測定精度を高めるときに
用うる複数個の超音波素子を有する開水路流量計を示す
ものである。
素子数はこのように任意に増減しうるし、演算器はそれ
らの合計をし、水路の流量を流量計に指示させるもので
ある。
らの合計をし、水路の流量を流量計に指示させるもので
ある。
またフロートガイドは移動しうるものが標準であるが、
水位の変動しないばあいには定置式にてもよい。
水位の変動しないばあいには定置式にてもよい。
この考案は以上のように構成されているので多くの開水
路の任意の測定位置における平均流速を瞬時に、しかも
高精度（流速１ｒ／ｓ以上にては±２％）で検出し、か
つ水深を同時測定し演算することによって正確な流量を
連続して指示・記録することかでき、水力利用面におい
て有効な装置を提供したものである。
路の任意の測定位置における平均流速を瞬時に、しかも
高精度（流速１ｒ／ｓ以上にては±２％）で検出し、か
つ水深を同時測定し演算することによって正確な流量を
連続して指示・記録することかでき、水力利用面におい
て有効な装置を提供したものである。
第１−Ａ、Ｂ図は開水路の流速分布を説明する図、第２
−Ａ、Ｂ図はこの考案の一実施例の開水路超音波流量計
の構成ブロック図、第３図は超音波流量計の測定限理説
明図（管路向流量測定を例とする）、第４図はこの考案
の別の実施例図である。 １・・・・・・浮子（フロート）、２，３・・・・・・
１対の超音波素子、Ｌ・・・・・・素子間距離（可変）
、４，４′・・・・・・浮子案内枠（フロートガイド）
、４ａ・・・・・・上記の下部基台、θ０・・・・・・
水流に対する超音波素子対向線の斜角、０・・・・・・
超音波素子対向線、■□・・・・・・平均流速、Ｈ・・
・・・・開水路の水深、Ａ・・・・・・開水路の平均幅
、Ｔ１．Ｔ２・・・・・・超音波送波器、Ｒ１，Ｒ２・
・・・・・超音波受波器、Ｃ・・・・・・静止液体中の
超音波の音速、■・・・・・・流体の流速、Ｐ・・・・
・・管路。
−Ａ、Ｂ図はこの考案の一実施例の開水路超音波流量計
の構成ブロック図、第３図は超音波流量計の測定限理説
明図（管路向流量測定を例とする）、第４図はこの考案
の別の実施例図である。 １・・・・・・浮子（フロート）、２，３・・・・・・
１対の超音波素子、Ｌ・・・・・・素子間距離（可変）
、４，４′・・・・・・浮子案内枠（フロートガイド）
、４ａ・・・・・・上記の下部基台、θ０・・・・・・
水流に対する超音波素子対向線の斜角、０・・・・・・
超音波素子対向線、■□・・・・・・平均流速、Ｈ・・
・・・・開水路の水深、Ａ・・・・・・開水路の平均幅
、Ｔ１．Ｔ２・・・・・・超音波送波器、Ｒ１，Ｒ２・
・・・・・超音波受波器、Ｃ・・・・・・静止液体中の
超音波の音速、■・・・・・・流体の流速、Ｐ・・・・
・・管路。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 超音波を互に送・受波する１対の超音波素子ならびに被
測定開水路の水位の変化を検出する水位計、さらにこの
水位計の検出値を入力し、流量を演算する演算器を有し
、前記開水路の流量を測定しようとする流量計において
、つぎの各構成要件を備えたことを特徴とする開水路超
音波流量計。 （７）前記一対の超音波素子の一方の素子３と前記水位
計５とを設けた浮子１゜ （イ）前記浮子１の移動を水流と斜角θ０をなすよう許
制して行うようにした浮子案内枠４，４′。 （つ）前記一対の超音波素子の他方の素子２をその対向
線Ｏが前記水流との斜角θ０をなすよう対向配置すると
ともに前記案内枠４，４′を支承し、かつこれを移動自
在に水路に定置する案内枠基台４ａ０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4519478U JPS5836020Y2 (ja) | 1978-04-05 | 1978-04-05 | 関水路超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4519478U JPS5836020Y2 (ja) | 1978-04-05 | 1978-04-05 | 関水路超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54148173U JPS54148173U (ja) | 1979-10-15 |
| JPS5836020Y2 true JPS5836020Y2 (ja) | 1983-08-13 |
Family
ID=28922976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4519478U Expired JPS5836020Y2 (ja) | 1978-04-05 | 1978-04-05 | 関水路超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5836020Y2 (ja) |
-
1978
- 1978-04-05 JP JP4519478U patent/JPS5836020Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54148173U (ja) | 1979-10-15 |
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