JPS61265540A - Method for measuring temperature of gas - Google Patents

Method for measuring temperature of gas

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JPS61265540A
JPS61265540A JP10773385A JP10773385A JPS61265540A JP S61265540 A JPS61265540 A JP S61265540A JP 10773385 A JP10773385 A JP 10773385A JP 10773385 A JP10773385 A JP 10773385A JP S61265540 A JPS61265540 A JP S61265540A
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ultrasonic
transmitter
receiver
furnace
sent
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Fumio Ito
文夫 伊藤
Masamichi Ito
伊東 正道
Takeetsu Fujimoto
藤本 健悦
Shohei Noda
野田 松平
Masahiro Kuroda
雅博 黒田
Junichiro Hori
順一郎 堀
Masayasu Sakai
正康 坂井
Yuichi Ide
雄一 井手
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Tokyo Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to measure the temp. distribution of combustion gas without almost receiving the effect of attenuation and the noise in a furnace, by propagating an ultrasonic wave with frequency of 11-15kHz through gas to measure the propagation speed of said ultrasonic wave. CONSTITUTION:When a measuring start signal 44 is sent to a trigger generator 45 from a calculator 43, a trigger signal 46 is generated to be sent to an oscillator 47 and a counter 48. Now, when it is assumed that, for example, a transmitter 31 and a receiver 40 are indicated by scanning signals 51, 52, an oscillation signal 53 is converted to an ultrasonic wave by the transmitter 31 while the ultrasonic wave is propagated through a furnace to be received by a receiver 40 and the receiving signal 54 is sent to a counter 48 through a receiver scanner 50. The ultrasonic wave propagation time between the transmitter 31 and the receiver 40 is measured by the counter 48. Then, by selecting a specific frequency region of 11-15kHz, the temp. distribution of combustion gas can be measured hardly receiving the effect of the attenuation in combustion gas and the noise in the furnace.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、石炭焚ボイラ火炉や重油焚ボイラ火炉など
の炉内燃焼ガス温度分布を測定するガス体温度測定方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas body temperature measuring method for measuring the combustion gas temperature distribution in a furnace such as a coal-fired boiler furnace or a heavy oil-fired boiler furnace.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は従来のガス体温度測定方法を説明するための図
である。この第5図において、超音波CT(コンピュー
タトモグラフ)の対象とする3次元物体のある断面OZ
を円の内部とする。
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional gas body temperature measurement method. In this Fig. 5, a cross section OZ of a three-dimensional object targeted for ultrasonic CT (computed tomography) is shown.
Let be the interior of the circle.

その断面内を超音波が伝播するように1まず1対の超音
波トランスミッタ02(以下トランスミッタと言5)と
超音波受信器03(以下受信器と言う)を対向させて設
置する。このときトランスミッタ02と受信器030間
の超音波伝播時間は次のようにして測定される。
First, a pair of ultrasonic transmitter 02 (hereinafter referred to as transmitter 5) and ultrasonic receiver 03 (hereinafter referred to as receiver) are placed facing each other so that the ultrasonic waves propagate within the cross section. At this time, the ultrasonic propagation time between the transmitter 02 and the receiver 030 is measured as follows.

まず、計算機04から計測開始のスタート信号05がト
リガ発生器06に送られると、トリガ発生器06でトリ
ガ信号07が発生され、発振器08とカウンタ09に送
られる。
First, when a start signal 05 for starting measurement is sent from the computer 04 to the trigger generator 06, the trigger signal 07 is generated by the trigger generator 06 and sent to the oscillator 08 and the counter 09.

発振器08はトリガ信号07により発振を開始して、発
振信号XOはトランスミッタ02に入力され、ここで超
音波に変換される。トランスミッタ02から発振された
超音波11は断面O1内を伝播し、受信器03に到達す
る。
The oscillator 08 starts oscillating in response to the trigger signal 07, and the oscillation signal XO is input to the transmitter 02, where it is converted into an ultrasonic wave. The ultrasonic wave 11 oscillated from the transmitter 02 propagates within the cross section O1 and reaches the receiver 03.

このとき、受信器03から超音波受信信号12が発生し
、カウンタ09に入力される。カウンタ09では、前記
トリガ信号07が入力されたときから超音波受信信号1
2が入力されるまでの時間、すなわちトランスミッタ0
2と受信器03の間の超音波伝播時間が測定される。
At this time, an ultrasonic reception signal 12 is generated from the receiver 03 and input to the counter 09. The counter 09 calculates the ultrasonic reception signal 1 from the time when the trigger signal 07 is input.
2 is input, i.e. transmitter 0
The ultrasound propagation time between 2 and receiver 03 is measured.

測定された伝播時間は計算機04に送られ、メモリにス
トアされる。
The measured propagation time is sent to computer 04 and stored in memory.

一つの経路について伝播時間が計測されると、計算機0
4からスキャンコントローラz3に信号が送られ、スキ
ャンコントローラ13からのコントロール信号14で1
対のトランスミッタ02と受信器03をr方向にΔrだ
け平行移動し、前記と同様にして伝播時間を測定し、こ
れらの操作を操り返すことにより断面01の00方向の
伝播時間分布が測定される。
When the propagation time is measured for one route, the computer 0
A signal is sent from 4 to the scan controller z3, and the control signal 14 from the scan controller 13
Translate the pair of transmitter 02 and receiver 03 by Δr in the r direction, measure the propagation time in the same manner as above, and repeat these operations to measure the propagation time distribution in the 00 direction of cross section 01. .

θO方向の伝播時間分布が測定されると、計算機04か
ら再びスキャンコントローラ13に信号が送られ、今度
は前記1対のトランスミッタ02と受信器03がθ方向
にΔθだけ回転され、前記と同様にしてθ0+Δθ方向
の伝播時間分布が測定され、これらの操作を(θ0+1
800−Δθ)方向まで繰り返し、あらゆる方向の伝播
時間分布を測定する。
When the propagation time distribution in the θO direction is measured, a signal is sent from the computer 04 to the scan controller 13 again, and this time the pair of transmitter 02 and receiver 03 are rotated by Δθ in the θ direction, and the same procedure as above is performed. The propagation time distribution in the θ0+Δθ direction was measured, and these operations were converted into (θ0+1
800-Δθ) direction to measure the propagation time distribution in all directions.

このようにして得られたすべての伝播時間データは計算
機04でCT処理されることにより、上記断面O1内の
音速分布が得られる。
All the propagation time data thus obtained are subjected to CT processing by the computer 04, thereby obtaining the sound velocity distribution within the cross section O1.

C’r処理に当っては、まず対象となる断面を微小領域
(メツシー)に分割し、各メツシーでの音速C(i) 
(xは1番目のメツシュを意味する)を変数として扱う
。このとき、各伝播時間t、 (J)(jは5番目に計
測された伝播時間を意味する)は次の(1)式で表わさ
れる。
In C'r processing, first the target cross section is divided into micro regions (metsies), and the sound velocity C(i) in each mesh is calculated.
(x means the first mesh) is treated as a variable. At this time, each propagation time t, (J) (j means the fifth measured propagation time) is expressed by the following equation (1).

t(j)=;測   ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ (1)Ic(1) ここで、t(1)は1番目のメツシュの長さで、たとえ
ばj査目の伝播経路中にn査目のメツシュが含まれなけ
ればt(→=0として扱う。
t(j)=;Measurement ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ (1) Ic(1) Here, t(1) is the length of the first mesh. For example, if the n-th mesh is If it is not included, treat it as t(→=0.

各伝播時間が(1)式で表わされるとき、CT処理で求
められるのは、各メツシュでの伝播時間Z(t)/C(
1)である。このときt(1)はメツシュを分割したと
き決まるので、結局各メッシ具での音速C(1)、すな
わち音速分布が得られる。
When each propagation time is expressed by equation (1), what is determined by CT processing is the propagation time Z(t)/C(
1). At this time, since t(1) is determined when the mesh is divided, the sound velocity C(1) in each mesh tool, that is, the sound velocity distribution is obtained.

音速は超音波が伝播する媒質によって異なるので、音速
分布から断面01内の構造(たとえば体の組織など)が
判る。
Since the speed of sound varies depending on the medium in which the ultrasonic wave propagates, the structure within the cross section 01 (for example, body tissue) can be determined from the sound speed distribution.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来の超音波CTで、固体あるいは液体を対象にした場
合、使用する超音波の周波数は数VH2以上であり、特
に問題はない。
When using conventional ultrasound CT to target solids or liquids, the frequency of the ultrasound used is several VH2 or more, and there is no particular problem.

しかし、気体を対象とした場合、このよつな高い周波数
の超音波は伝播しないので、数10KHzにしている。
However, when targeting gas, ultrasonic waves with such high frequencies do not propagate, so the frequency is set to several tens of KHz.

ところが、燃焼炉内ガスのように炭酸ガスを含む気体を
対象とすると、炭酸ガスが超音波を吸収し、好ましくな
かった。
However, when a gas containing carbon dioxide gas, such as gas in a combustion furnace, is targeted, the carbon dioxide gas absorbs the ultrasonic waves, which is not desirable.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
もので、ガス体中に超音波を伝播させ、この超音波の伝
播速度を測定し、測定された伝播速度からガス体の温度
を求める方法において、周波数11 KHzないし15
 KHzの超音波を用いるようにしたものである。
This invention was made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional methods, and involves propagating ultrasonic waves into a gas body, measuring the propagation velocity of the ultrasonic waves, and determining the temperature of the gas body from the measured propagation velocity. In the method, the frequency is between 11 KHz and 15 KHz.
It uses KHz ultrasonic waves.

〔作用〕[Effect]

この発明は、超音波の周波数を11 KHz〜151C
Hzの特定の周波数領域を選ぶことにより燃焼ガス中の
減衰および炉内7ノイズに影響を受けることなく燃焼ガ
スの温度分布を計測する。
This invention reduces the frequency of ultrasonic waves from 11 KHz to 151C.
By selecting a specific frequency range of Hz, the temperature distribution of the combustion gas can be measured without being affected by attenuation in the combustion gas and noise in the furnace.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明のガス本温度計測方法の実施例について
図面に基づき説明する。第1図はその一実施例に適用さ
れる温度計測装置のブロック図である。この第1図にお
いて、超音波CTの対象とするボイラ火炉断面3o(以
下、火炉断面と言う)を四角形の内部とする。この火炉
断面30内を色々な方向に超音波が伝播するように複数
個の超音波トランスミッタ3x、32゜33.34.3
5.36(以下、トランスミッタと言う)と複数個の超
音波受信器37.3B。
Embodiments of the gas main temperature measuring method of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a temperature measuring device applied to one embodiment. In FIG. 1, a boiler furnace cross section 3o (hereinafter referred to as the furnace cross section) targeted for ultrasonic CT is assumed to be inside a rectangle. A plurality of ultrasonic transmitters 3x, 32° 33, 34, 3 are installed so that ultrasonic waves propagate in various directions within this furnace cross section 30.
5.36 (hereinafter referred to as a transmitter) and a plurality of ultrasonic receivers 37.3B.

sy、4o、4z、4z(以下、受信器と言う)を火炉
周囲に設置されている。
sy, 4o, 4z, and 4z (hereinafter referred to as receivers) are installed around the furnace.

このとき、トランスミッタ31〜36と受信器37〜4
2の間の超音波伝播時間は次のようにして測定されるよ
うに構成されている。
At this time, transmitters 31 to 36 and receivers 37 to 4
The ultrasonic propagation time between 2 and 3 is configured to be measured as follows.

計算機45からスタート信号44がトリガ発生器45に
送出するようになっており、トリガ発生器45から、ト
リガ信号46が発振器47とカウンタ48に送出するよ
うにしている。
A start signal 44 is sent from the computer 45 to a trigger generator 45, and a trigger signal 46 is sent from the trigger generator 45 to an oscillator 47 and a counter 48.

また、計算器43からスキャン信号51がトランスミッ
タスキャナ49に送るようになっているとともに、スキ
ャナ信号52を受信器スキャナ50に9出するようにな
っている。
Further, a scan signal 51 is sent from the calculator 43 to a transmitter scanner 49, and a scanner signal 52 is output to a receiver scanner 50.

トランスミッタスキャナ49は複数個のトランスミッタ
3I〜36のうちの所定のトランスミッタを指定し、受
信器スキャナ50は複数個の受信器37〜42のうちの
所定の受信器を指定するようになっている。
The transmitter scanner 49 specifies a predetermined transmitter among the plurality of transmitters 3I-36, and the receiver scanner 50 specifies a predetermined receiver among the plurality of receivers 37-42.

また、発振器47はトリガ信号44t−人力すると、発
振信号53をトランスミッタスキャナ49を介して指定
されたトランスミッタに送るようになっており、トラン
スミッタスキャナ49で指定されたトランスミッタは発
振信号53を超音波に変換するようになっている。
Furthermore, when the oscillator 47 receives a trigger signal 44t, it sends the oscillation signal 53 to a designated transmitter via the transmitter scanner 49, and the transmitter designated by the transmitter scanner 49 converts the oscillation signal 53 into ultrasonic waves. It is supposed to be converted.

この超音波は、炉内を伝播して受信器で受信されて、受
信信号54を受信器スキャナ50を通してカウンタ48
に送るようになっている。
The ultrasonic waves propagate within the furnace and are received by a receiver, transmitting a received signal 54 through a receiver scanner 50 to a counter 48.
It is supposed to be sent to

カウンタ48I/′iトリガ信号46の発生時から受信
信号54の入力までの時間をカウントして、カウント値
を計算機43に送るようになっている。
The counter 48 counts the time from the generation of the I/'i trigger signal 46 to the input of the received signal 54, and sends the count value to the computer 43.

次に、この温度計測装置により、この発明のガス体温度
測定方法を説明する。まず、計算機43から計測開始の
スタート信号44がトリガ発生器45に送られると、ト
リガ発生器45からトリガ信号46が発生され、発振器
47とカウンタ48に送られる。
Next, a gas body temperature measuring method of the present invention will be explained using this temperature measuring device. First, when a start signal 44 for starting measurement is sent from the computer 43 to the trigger generator 45, a trigger signal 46 is generated from the trigger generator 45 and sent to the oscillator 47 and the counter 48.

また、トリガ信号46と同時に複数個のトランスミッタ
3x〜36と受信器37〜42の中から計測に使用する
1対のトランスミッタと受信器を選定するため、計算機
43からトランスミッタスキャナ49および受信器スキ
ャナ50にそれぞれスキャン信号5x、52を送る。た
とえば、いまトランスミッタ31と受信器40を指定し
たとする。
Further, in order to simultaneously select a pair of transmitters and receivers to be used for measurement from among the plurality of transmitters 3x to 36 and receivers 37 to 42 at the same time as the trigger signal 46, the computer 43 sends a transmitter scanner 49 and a receiver scanner 50. The scan signals 5x and 52 are sent to the terminals, respectively. For example, assume that the transmitter 31 and receiver 40 are now specified.

このとき、トリガ信号46を受けた発振器47からの発
振信号53けトランスミッタスキャナ49を経てトラン
スミッタ31に送られる。
At this time, 53 oscillation signals from the oscillator 47 which received the trigger signal 46 are sent to the transmitter 31 via the transmitter scanner 49.

トランスミッタ3Iでは、発振信号53が超音波にf換
され、炉内を伝播し、受信器40にて受信され、受信信
号54が受信器スキャナ50を経てカウンタ48に送ら
れる。
In the transmitter 3I, the oscillation signal 53 is converted into an ultrasonic wave, propagates in the furnace, is received by the receiver 40, and the received signal 54 is sent to the counter 48 via the receiver scanner 50.

カウンタ48では、トリガ信号46が入力された時点か
ら受信信号54が入力されるまでの時間、すなわち、ト
ランスミッタ31と受信器40の間の超音波伝播時間が
測定される。測定された伝播時間は計算機43に送られ
メモリにストアされる。
The counter 48 measures the time from when the trigger signal 46 is input to when the received signal 54 is input, that is, the ultrasonic propagation time between the transmitter 31 and the receiver 40 . The measured propagation time is sent to computer 43 and stored in memory.

一つの経路について、伝播時間が計測されると、計算機
43からトランスミッタスキャナ49および受信器スキ
ャナ50に信号が送られ、計測に使用するトランスミッ
タと受信器の対を切り換えていく。
When the propagation time for one route is measured, a signal is sent from the computer 43 to the transmitter scanner 49 and receiver scanner 50, and the pair of transmitter and receiver used for measurement is switched.

この場合、通常11〜15 KHz程度の超音波であれ
ば伝播方向が中心から±10°〜20°程度拡がってい
るので、一つのトランスミッタからの超音波は3〜5個
の受信器で受信される。
In this case, the propagation direction of ultrasonic waves of about 11 to 15 KHz usually spreads out by about ±10° to 20° from the center, so the ultrasonic waves from one transmitter are received by 3 to 5 receivers. Ru.

@1図ではそれぞれのトランスミッタからの超音波が3
〜5個の受信器で受信される状況を点線で示しである。
@1 In figure 1, the ultrasonic waves from each transmitter are 3
The situation in which signals are received by ~5 receivers is shown by dotted lines.

すべてのスキャンが完了すれば第1図では24通りの伝
播時間が計測され、計算機のメモリにストアされる。上
記周波数を11〜15 KHzにした理由は後述する。
When all scans are completed, 24 propagation times are measured in FIG. 1 and stored in the computer's memory. The reason for setting the frequency to 11 to 15 KHz will be described later.

得られたすべての伝播時間データは計算機でCT処理さ
れることにより、従来と同様に、上記火炉断面30内の
音速分布c (i)が得られる。
All the obtained propagation time data is subjected to CT processing by a computer to obtain the sound velocity distribution c (i) in the furnace cross section 30 as in the conventional case.

ここで1は従来と同様、火炉断面30内をメツシ、に分
割した場合の1番目のメツシーを意味する。
Here, 1 means the first mesh when the inside of the furnace cross section 30 is divided into meshes, as in the conventional case.

メッシユの分割方法は従来と異なり、得られる伝播時間
の個数に応じて分割する。
The method of dividing the mesh is different from the conventional method, and the mesh is divided according to the number of obtained propagation times.

また、従来のようにセンサの移動が平行移動および回転
移動とも等間隔に、しかも非常に細かくデータ手得が可
能な場合はCT処理の中でもコンポリー−ジョン法とい
う手法が用いられる。
Furthermore, when the sensor is moved at equal intervals in both parallel and rotational directions, as in the past, and it is possible to obtain very fine data, a technique called a compo-region method is used in CT processing.

しかし、ボイラに適用する場合、センサを平行あるいは
回転移動することができず、しかも取り付けられるセン
サも数に限度があるため、得られる伝播時間の個数が非
常に少なくなる。
However, when applied to a boiler, the sensor cannot be moved in parallel or rotationally, and there is a limit to the number of sensors that can be attached, so the number of propagation times that can be obtained is extremely small.

この場合は、伝播時間の個数だけできる次の(2)式に
示す連立方程式(変数はメツシー数で決まり、必ず伝播
時間の個数に等しいか少なくなければならない)を最小
2乗法で解く。
In this case, the simultaneous equations shown in the following equation (2), which can be created by the number of propagation times, are solved by the method of least squares (the variables are determined by the Metsy number, and must be equal to or less than the number of propagation times).

t(j) =5洲   ・・・・・・・・ ・・ (2
)ここで、(2)式が成立するのはメツシュ内のガス流
速v(1)がC(1)に比べて非常に小さい場合である
t(j) = 5 islands ・・・・・・・・・ (2
) Here, equation (2) holds true when the gas flow velocity v(1) within the mesh is much smaller than C(1).

また、得られた音速C(1)は1番目のメッシユでのガ
ス温度Tt(OK)の関数で次式で与えられる。
Further, the obtained sound velocity C(1) is a function of the gas temperature Tt(OK) at the first mesh and is given by the following equation.

C(i) = 20.05 F   ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・ (3)したがって
、(3)式からで1が求まり、火炉断面30内の燃焼ガ
ス温度分布が求まる。
C(i) = 20.05 F・・・・・・・・・
(3) Therefore, 1 can be found from equation (3), and the combustion gas temperature distribution within the furnace cross section 30 can be found.

次に周波数選定理由を述べる。Next, the reason for frequency selection will be explained.

(1)第2図の曲線Aに音波および超音波の周波数に対
するボイラ火炉内ノイズレベルを示す。炉内ノイズは3
 KHz近傍から急激に少なくなり11 KHz以上で
はあまり変わらなくなる。
(1) Curve A in FIG. 2 shows the noise level in the boiler furnace with respect to the frequency of sonic waves and ultrasonic waves. Furnace noise is 3
It decreases rapidly from around KHz and does not change much above 11 KHz.

(2)第2図の曲線Bに超音波周波数に対する超音波の
炭酸ガスによる吸収割合を示す。この場合の吸収割合は
超音波を1rrL伝播させたときの吸収された超音波強
度を伝播前の超音波強度で除算した値である。曲線Bか
ら判るように15KHz以上では炭酸ガスによる超音波
の吸収が顕著になる。
(2) Curve B in FIG. 2 shows the absorption rate of ultrasonic waves by carbon dioxide gas with respect to the ultrasonic frequency. The absorption rate in this case is the value obtained by dividing the absorbed ultrasound intensity when the ultrasound is propagated by 1 rrL by the ultrasound intensity before propagation. As can be seen from curve B, absorption of ultrasonic waves by carbon dioxide gas becomes significant at frequencies above 15 KHz.

上記二つの理由から燃焼ガス温度測定のため超音tfj
Lc’rでは実用上11 KHz 〜15 KHzの超
音波が最適であることが1する。
For the above two reasons, ultrasonic TFJ is used to measure combustion gas temperature.
For Lc'r, ultrasonic waves of 11 KHz to 15 KHz are practically optimal.

従来は液体あるいは固体にしか適用できなかったものを
、この実施例では11 KHz〜15KHzという特定
の周波数領域を選ぶことにより、燃焼ガス中での減衰も
また炉内のノイズもほとんどなく燃焼ガスの温変分布が
計測できるようになり、燃焼解析やボイラ最適設計など
に大きな効果がある。
Conventionally, this could only be applied to liquids or solids, but in this example, by selecting a specific frequency range of 11 KHz to 15 KHz, the combustion gas can be controlled with almost no attenuation in the combustion gas or noise in the furnace. Temperature distribution can now be measured, which has a great effect on combustion analysis and boiler optimization design.

次に、この発明の第2の実施例について説明する。第3
図はこの@2の実施例に適用される温度計測装置のブロ
ック図である。
Next, a second embodiment of the invention will be described. Third
The figure is a block diagram of a temperature measuring device applied to this @2 embodiment.

第1の実施例が11 KHz〜15 KHz帯の超音波
を使用することにより、燃焼ガスに対して超音波CT法
が適用された場合を示したが、この第2の実施例はそれ
に加えて、超音波の送信器と受信器の機能を1台の超音
波変換器に持たせ、同一経路の双方向の超音波伝播時間
を計測することで、炉内ガス流速による伝播時間への影
響を排除できるようにしたものである。
Although the first embodiment showed the case where the ultrasonic CT method was applied to the combustion gas by using ultrasonic waves in the 11 KHz to 15 KHz band, the second embodiment By equipping one ultrasonic transducer with the functions of an ultrasonic transmitter and a receiver, and measuring the ultrasonic propagation time in both directions along the same path, we can eliminate the influence of the gas flow rate in the furnace on the propagation time. It is designed to be eliminated.

次に具体的に第3図に基づきこの発明の第2の実施例に
ついて説明する。この第3図における構成は第2図のト
ランスミッタ31〜36、受信器37〜420部分に炉
内断面30内に色々な方向に超音波が伝播するような複
数個の送受信両用の超音波変換器31a〜42a(たと
えば、ダイナミックスピーカ)を火炉周囲に配置した点
が異なり、その他の構成は第1図と同様であり、第1図
と同一部分には同一符号を付して構成の説明を省略する
Next, a second embodiment of the present invention will be specifically described based on FIG. The configuration in FIG. 3 includes a plurality of transmitting and receiving ultrasonic transducers that propagate ultrasonic waves in various directions within the furnace cross section 30 in the transmitters 31 to 36 and receivers 37 to 420 in FIG. The difference is that 31a to 42a (for example, dynamic speakers) are arranged around the furnace, and the other configuration is the same as in Fig. 1, and the same parts as in Fig. 1 are given the same reference numerals and explanation of the structure is omitted. do.

次に、この第2の実施例のガス体温度計測方法について
述べる。
Next, a method for measuring the temperature of a gas body according to the second embodiment will be described.

送信器として使用した超音波変換器31a〜42aと受
信器として使用した超音波変換器31a〜42a間の超
音波伝播時間は以下のように測定される。
The ultrasonic propagation time between the ultrasonic transducers 31a to 42a used as transmitters and the ultrasonic transducers 31a to 42a used as receivers is measured as follows.

まず、計算機43から計測開始の信号44がトリガ発生
器451C送られると、トリガ信号46が発生し、発振
器45とカウンタ48に送られる。
First, when a measurement start signal 44 is sent from the computer 43 to the trigger generator 451C, a trigger signal 46 is generated and sent to the oscillator 45 and the counter 48.

また、トリガ信号と同時に送受信両用の超音波変換器の
中から計測に使用する一対の送信器と受信器を選択する
ため、計算機43から送信側スキャナ49および受信側
スキャナ5oにそれぞれスキャン信号51.52が送ら
れる。
Simultaneously with the trigger signal, a scan signal 51. 52 is sent.

たとえば、送信側変換器31と受信側変換器40を指定
した場合、トリガ信号46を受けた発振器47からの発
振信号53は、送信側スキャナ49を経て送信側超音1
/if換器31aに送られる。
For example, when the transmitting side transducer 31 and the receiving side converter 40 are specified, the oscillation signal 53 from the oscillator 47 that receives the trigger signal 46 passes through the transmitting side scanner 49 and transmits the ultrasonic wave 1 on the transmitting side.
/if is sent to the converter 31a.

送信側超音波f換器31a−では発振信号53が超音波
に変換され、炉内を伝播し受信側超音波変換器40aに
受信され、受信信号54は受信側スキャナ5Qを経てカ
ウンタ48に送られる。
The oscillation signal 53 is converted into an ultrasonic wave by the transmitting side ultrasonic converter 31a-, which propagates in the furnace and is received by the receiving side ultrasonic transducer 40a, and the received signal 54 is sent to the counter 48 via the receiving side scanner 5Q. It will be done.

カウンタ48は、トリガ信号46が入力された時点より
、受信信号54が入力されるまでの時間、すなわち送信
側超音波変換器31aと受信側超音波変換器4L)a間
の超音波伝播時間が測定され、測定された伝播時間55
は計算機43に送られメモリにストアされる。
The counter 48 measures the time from when the trigger signal 46 is input until when the reception signal 54 is input, that is, the ultrasonic propagation time between the transmitting ultrasonic transducer 31a and the receiving ultrasonic transducer 4L)a. measured propagation time 55
is sent to the computer 43 and stored in memory.

一つの経路について伝播時間が計測されると、計算機4
3から送信側スキャナ49および受信側スキャナ50に
信号が送られ、送信側超音波変換器31aを受信側超音
波変換器に、受信側超音波変換器40rxを送信側超音
if換器に切り換え、同一経路の逆方向の伝播時間が計
測される。
When the propagation time for one route is measured, the computer 4
A signal is sent from 3 to the transmitting side scanner 49 and the receiving side scanner 50, and the transmitting side ultrasonic transducer 31a is switched to the receiving side ultrasonic transducer, and the receiving side ultrasonic transducer 40rx is switched to the transmitting side ultrasonic IF switch. , the propagation time of the same route in the opposite direction is measured.

一つの経路の双方向の伝播時間が計測されると、計算機
43から送信側スキャナ49および受信側スキャナ50
に信号が送られ、別の経路について計測に使用する送受
信両用の超音波変換器の送信側変換器と受信側変換器の
対が切り換えられていく。この場合、11〜15 KH
z程度の超音波であれば、伝播方向が中心から±10〜
20°程度拡がっているので、一つの送信側超音波で換
器からの超音波は8〜9個の受信側超音波f換器で受信
される。
When the two-way propagation time of one route is measured, the computer 43 transmits information to the transmitter side scanner 49 and the receiver side scanner 50.
A signal is sent to the transducer, and the pair of transmitting and receiving transducers of the transmitting and receiving ultrasonic transducer used for measurement is switched for another route. In this case, 11-15 KH
For ultrasonic waves of about z, the propagation direction is ±10~ from the center.
Since the beams are spread out by about 20 degrees, one transmitting ultrasonic wave from the converter is received by eight to nine receiving ultrasonic f converters.

第3図では、それぞれの送信側に換器からの超音波が8
〜9個の受信器で受信される状況を点線で示しである。
In Figure 3, there are 8 ultrasonic waves from the exchanger on each transmitting side.
The situation in which signals are received by ~9 receivers is shown by dotted lines.

すべてのスキャンが完了すれば、第3図では100通り
の伝播時間が計測され、計算機のメモリにストアされ、
超音波CT法によりガス温度が計算される。
When all the scans are completed, 100 different propagation times are measured in Figure 3 and stored in the computer's memory.
Gas temperature is calculated by ultrasonic CT method.

いま、第4図の1番目のメッシュAB閣内の微少区間L
(1)において、A点よりB点方向への超音波伝播時間
をΔtF(i)、B点よりA点方向への伝播時間をΔt
B(1)とすると、各伝播時間はガス温度Ti(’K)
における音速C(1)とA点よりB点方向へのガス流速
v(1)より次の+41 、 +51式で4見られる。
Now, the minute section L of the first mesh AB cabinet in Figure 4
In (1), the ultrasonic propagation time from point A to point B is ΔtF(i), and the propagation time from point B to point A is Δt
B(1), each propagation time is the gas temperature Ti('K)
From the sound speed C(1) in

ここで、+41 、 +51式を加えると、次の(6)
式となただし、(41、+51式が成立するのはV (
i) < C(i)の場合である。
Now, by adding the formulas +41 and +51, we get the following (6)
However, the formula (41, +51 holds true if V (
i) < C(i).

これより、微少区間L(1)中における平均超音波伝播
時間は次の(7)式となる。
From this, the average ultrasonic propagation time in the minute section L(1) is expressed by the following equation (7).

Δt(i) = T(Δty(i)+Δt B(i) 
)  ・曲間  (7)したがって、AB区間における
平均超音波伝播時間は次の(8)式とhる。
Δt(i) = T(Δty(i)+Δt B(i)
) - Between songs (7) Therefore, the average ultrasonic propagation time in the AB section is expressed by the following equation (8).

これより、超音波伝播時間に対するガス流速の影響はな
くなる。
This eliminates the influence of the gas flow rate on the ultrasound propagation time.

得られたすべての伝播時間データは計算機43でCT処
理されることにより、従来と同様に上記火炉断面30内
の音速分布C(1)が得られる。ここで1は従来と同様
、火炉断面30内をメツシュに分割した場合の1番目の
メツシュを意味する。メツシュの分割方法は従来と異な
り、得られる伝播時間の個数に応じて分割する。
All the obtained propagation time data is subjected to CT processing by the computer 43, thereby obtaining the sound velocity distribution C(1) in the furnace cross section 30 as in the conventional case. Here, 1 means the first mesh when the inside of the furnace cross section 30 is divided into meshes, as in the conventional case. The mesh division method is different from the conventional method, and is divided according to the number of propagation times that can be obtained.

まだ、従来のようにセンサの移動が平行移動および回転
移動とも等間隔に、しかも非常に細かくデータ取得が可
能な場合はCT処理の中でもコンボリューション法とい
う手法が用いられる。
However, in cases where it is possible to move the sensor at equal intervals in both parallel and rotational movements, as in the past, and to obtain very fine data, a technique called convolution method is used in CT processing.

しかし、ボイラに適用する場合、センサを平行あるいは
回転移動することができず、しかも取付られるセンサも
数に限度があるため、得られる伝播時間の個数が非常に
少なくなる。
However, when applied to a boiler, the sensor cannot be moved in parallel or rotationally, and there is a limit to the number of sensors that can be attached, so the number of propagation times that can be obtained is extremely small.

この場合は伝播時間の個数だけできる連立方程式(変数
はメクシュ数で決まり、必ず伝播時間の個数に等しいか
少なくなければならない)を最小2乗法で解く。
In this case, as many simultaneous equations as there are propagation times (variables are determined by the Mekshu number and must be equal to or less than the number of propagation times) are solved using the method of least squares.

得られた音速C(1)は1番目のメツシュでのガス温度
Ti(’K)の関数で次の(9)式で与えられる。
The obtained sound velocity C(1) is a function of the gas temperature Ti('K) at the first mesh and is given by the following equation (9).

C(i) := 20.05β〒   ・・・・・曲・
・・・・・・・・・・・  (9)したがって、(9)
式からT1が求まり、火炉断面30内の燃焼ガス温度分
布が求まる。
C(i) := 20.05β 〒 ・・・ Song・
・・・・・・・・・・・・ (9) Therefore, (9)
T1 is determined from the equation, and the combustion gas temperature distribution within the furnace cross section 30 is determined.

なお、この第2の実施例においても、11KHz〜15
 KHz程度の周波数に選定した理由は上記第1の実施
例と同様である。
Note that in this second embodiment as well, the frequency range is 11 KHz to 15 KHz.
The reason for selecting a frequency on the order of KHz is the same as in the first embodiment.

また、この第2の実施例における効果は第1の実施例に
加えて、同一経路の双方向の伝播時間を計測することで
、炉内ガス流速による超音波伝播時間への影響を排除し
たため、精度よく燃焼ガスの温度分布が計測できるよう
になる。
In addition to the effects of the first embodiment, the effects of the second embodiment are that by measuring the propagation time in both directions along the same path, the influence of the gas flow rate in the furnace on the ultrasonic propagation time is eliminated; It becomes possible to measure the temperature distribution of combustion gas with high accuracy.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明のガス体温度計測方法によれば
、周波数11 KHz〜15 KHzの超音波をガス体
中に伝播させてその伝播速度を測定してガス体の温度を
求めるようにしたので、燃焼ガス中での減衰および炉内
のノイズがほとんどなく、燃焼ガスの温度分布を計測で
き、燃焼解析やボイラ最適設計などに大きな効果がある
As described above, according to the gas body temperature measurement method of the present invention, the temperature of the gas body is determined by propagating ultrasonic waves with a frequency of 11 KHz to 15 KHz into the gas body and measuring the propagation speed. Therefore, there is almost no attenuation in the combustion gas and noise in the furnace, and the temperature distribution of the combustion gas can be measured, which is highly effective for combustion analysis and boiler optimization design.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明のガス体温度計測方法の一実施例に適
用される温度計測装置のブロック図、第2図は同上ガス
体温度計測方法に適用される超音波の11 KHz〜1
5 KHzの周波数帯を選定した理由を説明するだめの
周波数対炉内ノイズおよび炭酸ガスによる超音波吸収率
を示す図、第3図はこの発明のガス体温度計測方法の第
2の実施例に適用される温度計測装置のブロック図、第
4図は同上第2の実施例のガス体温度計測方法に適用さ
れる炉断面内をメツシュで分割した場合の超音波の伝播
時間のデータ処理を説明するための図、第5図は従来の
ガス体温度計測方法に適用される温度計測装置のブロッ
ク図である。 30・・・火炉断面、31〜36・・・超音波トランス
ミッタ、31a〜42a・・・超音波変換器、43・・
・計算器、45・・・トリガ発生器、47・・・発振器
、48・・・カクンタ、49・・・トランスミッタスキ
ャナ、50・・・受信器スキャナ。 出願人復代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 層液*<にHz) 第3図 第4図 第5図 hS
FIG. 1 is a block diagram of a temperature measuring device applied to an embodiment of the gas body temperature measuring method of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of an ultrasonic wave of 11 KHz to 1 applied to the same gas body temperature measuring method.
A diagram showing the ultrasonic absorption rate due to noise in the furnace and carbon dioxide gas versus frequency to explain the reason for selecting the 5 KHz frequency band, Figure 3 is a diagram showing the second embodiment of the gas body temperature measuring method of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of the applied temperature measuring device and explains the data processing of the propagation time of ultrasonic waves when the furnace cross section is divided by a mesh, which is applied to the gas temperature measuring method of the second embodiment of the above. FIG. 5 is a block diagram of a temperature measuring device applied to a conventional gas body temperature measuring method. 30...Furnace cross section, 31-36...Ultrasonic transmitter, 31a-42a...Ultrasonic transducer, 43...
- Calculator, 45... Trigger generator, 47... Oscillator, 48... Kakunta, 49... Transmitter scanner, 50... Receiver scanner. Applicant's sub-agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 2 Layer liquid * < Hz) Figure 3 Figure 4 Figure 5 hS

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ガス体中に超音波を伝搬させ、この超音波の伝搬速度を
測定し、測定された伝搬速度からガス体の温度を求める
方法において、周波数11KHz〜15KHzの超音波
を用いることを特徴とするガス体温度測定方法。
A method for propagating ultrasonic waves in a gas body, measuring the propagation speed of the ultrasonic waves, and determining the temperature of the gas body from the measured propagation speed, which uses ultrasonic waves with a frequency of 11 KHz to 15 KHz. How to measure body temperature.
JP10773385A 1985-05-20 1985-05-20 Method for measuring temperature of gas Granted JPS61265540A (en)

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JPH0558123B2 JPH0558123B2 (en) 1993-08-25

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