JPS6191509A - 管内スケ−ル厚さの測定方法 - Google Patents

管内スケ−ル厚さの測定方法

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JPS6191509A
JPS6191509A JP21330184A JP21330184A JPS6191509A JP S6191509 A JPS6191509 A JP S6191509A JP 21330184 A JP21330184 A JP 21330184A JP 21330184 A JP21330184 A JP 21330184A JP S6191509 A JPS6191509 A JP S6191509A
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JP
Japan
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scale
pipe
transmitter
fluid
receiver
Prior art date
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Pending
Application number
JP21330184A
Other languages
English (en)
Inventor
Ikuo Hanamiya
花宮 幾雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • G01B17/025Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness for measuring thickness of coating

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は管内部に生じたスケールの厚さを超音波のドツ
プラー効果を利用して測定する方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、管内部に生じたスケール厚さの測定には、はとん
ど放射線による方法が用いられている。その方法には、
7°Irガンマ−線源などを用いた放射線透過写真撮影
による方法や、放射線がスケールによって吸収され減衰
する性質を利用してその減衰割合即ち透過率を測定する
方法がある。前者の方法は、10Ci程度の高線源を用
いるため法令による規制を受け、放射線取扱主任者の選
任や放射線被曝などの安全管理上の問題があり、また管
径が大きくなると写真撮影に時間を要するといつた欠点
がある。また後者の方法は、使用する線源の種類と強さ
によっては前者の方法と同様な問題を有し、その他、測
定原理上、放射線源を鉛ブロックなどで囲ってコリメー
トする必要があることや・測定中は放射線源を移動させ
なければならないことから、測定装置の重量が増し規模
が大きくなり、しかも基準となる管内にスケールが付着
していない状態で流体を満たしたときの透過率のデータ
や、各種スケールについてのスケール厚さ対透過率(減
衰率)の較正データをあらかじめ準備しておかなければ
ならず、流体の種類、管の材質、スケールの種類(二よ
って基準値を較正し直す必要があるなどの難点を持って
いる。
放射線を利用しない方法も種々あるが、まず管内の酸化
スケールにより管内の透磁率が変化することを利用した
電磁式法にあっては、検出感度を上げるには管の材質が
オーステナイト系ステンレスなどの非磁性体である必要
があり、スケールの種類も強磁性体、例えば酸化鉄など
に限られ、また管の外壁から測定する場合には管内の平
均的なスケール厚さは求まるが管内の各部のスケール厚
さは検出できないという問題点がある。
また管内の熱の伝導伝達を利用しその温度勾配からスケ
ール厚さを求める熱伝導式法においては、管の温度や管
内スケールの付着パターンが測定毎に変わらないことが
必要であり、流体性状や管の周囲温度などの測定条件を
厳密に調整しなければならず、また管の口径、肉厚、管
の施設状況例えば水平配管、垂直配管または斜め配管に
よっても熱伝達特性が変化するので、管の施設状況毎に
温度勾配の基準特性を準備しておかなければならないな
どの問題点がある。
さらに、超音波の反射を利用し、その反射時間から管内
スケール厚さを測定する超音波反射式法においては、ス
ケールと流体との境界面では流体とほぼ等しい音響イン
ピーダンスを持つので管内スケール厚さに相癌する前述
の境界面からの反射波が得られにくぐ、また得られた反
射波が管内に#J着しているスケール厚さ方向での途中
からの反射波である可能性が大きいこと、管内多重反射
の影響も大きいことなど測定原理上の難点がある。
最後に、スケールによる超音波の減衰を測定することに
よりスケール厚さを測定する超音波減衰式法においては
、流体やスケールの種類、管の口径や材質、厚みによっ
て超音波の減衰特性が変るので、あらかじめこれらをパ
ラメータとした基準となる管内にスケールが付着してお
らず流体で満たされた状態での超音波の減家特性を準備
しておく必要があること、超音波探触子と管との接触圧
の影響が大きいことなど、やはり測定上の難点を持つて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明が解決しようとする問題点は、上述のような従来
技術の持つ測定の簡便さに欠け、適用対象が限定される
点を改善し、管の外壁から簡単に管内スケール厚さを測
定できる方法を得ることにある。
〔問題点を解決するだめの手段〕
と述の問題点は本発明によれば、流体に超音波を発する
発信子と流体から散乱反射される超音波を受ける受信子
とを管の外壁に配置し、発信子と受信子の位置を相対的
に変化させることにより、超音波のドツプラ周波数が零
となる流体とスケールとの境界を検出し、この境界から
管内スケール厚さを測定することによシ解決される。
発信子と受信子との相対位置を変化させる方法としては
、発信子または受信子のいずれか一方を管の外壁に固定
し、他方を管の軸方向または周方向に摺動させる方法が
有利である。
〔作用〕   − 発信子から管壁を通して流体中に発射された超音波は、
流体中に含まれる超音波の散乱体、即ち流体の音響イン
ピーダンスとは異なる音響インピーダンスを与える固形
物や気泡など(以下粒子等という)によって散乱反射さ
れ、ドツプラ効果により散乱波の周波数は粒子等の移動
速度に比例してシフトする。このシフトしたドツプラ周
波数は流速に比例するから、発信子と受信子の相対位置
を変化させることによシ管内の流速分布が検出されるこ
とになる。一方スケール内部およびスケールと流体との
境界層では流速が零であるから、流速が零から有限値、
または有限値から零に変化するところがすなわちスケー
ルと流体との境界層であり、したがってドツプラ周波数
が零と有限値との間で変化する点を検出することにより
スケール厚さを求めることができる。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を図面について説明する。
第1図および第2図は本発明の詳細な説明するための構
成図で、第2図は第1図の一部を拡大したものである。
図において、lは内部を流体が流れる管、2は管内を流
れる流体、3は流体中に含まれる超音波の散乱体、すな
わち粒子等、4は管内に生じたスケール、5は超音波を
流体中に」」ら込むだめの発信子、6は流体中の超音波
の散乱反射波を受信するための受信子、7,8はそれぞ
れ発信子5、受信子6を管1の外壁上に配置するための
くさび、9は発信子5に連続した正弦波発信電圧を供給
する発振器、10は受信子6に到達した超音波の受信電
圧を増幅して流速に比例したドツプラ周波数を検出する
ための受信回路である。発信子5、受信子6としては、
例えばPZT(チタンジルコン酸鉛)超音波素子が用い
られる。
発信子5から管壁を透過して流体中に発射された超音波
の連続波は、流体と同じ速度で移動する多数の散乱体す
なわち粒子等3によって散乱反射され、再び管壁を通過
して受信子6に到達する。
このとき粒子等3の移動速度に応じて散乱反射波の周2
波数がシフトするが、このシフトした周波数をドツプラ
周波数という。いま、発信周波数をf。、流体中の粒子
等から散乱反射される超音波の周波数(受信周波数)を
fr1靜止粒体中の超音波の音速をC1超音波の発信伝
播方向」と流体の流れの方向pとのなす角度を02)散
乱反射超音波を受信するときの伝播方向にと流体の流れ
の方向pとのなす角度を01、流体の流速をVとすると
、ドツプラ周波数fdは、音速Cが流速Vに比べて充分
に大きい場合は、 +11 で表わされ、ドツプラー周波数fdは流速Vに比例する
(fdOCV)。したがってドツプラ周波数fdを測定
することによって流速Vが求められる。管内の流速分布
を考えると、通常図のbに示すように、スケール4内で
は流速が零・スケールと流体との境界面でも流速は零で
あり、境界面から管径方向に流れの軸心に向かって流速
が増加して流れの軸心で最大流速となる。それ故流速に
比例するドツプラ周波数においても、管内の流速分布と
同様な管内分布を持つことになる。したがって、ドツプ
ラ周波数が零から有限の値へ、または逆に有限の値から
零へ変化する境界を検出すれば、スケール厚さを見出す
ことができるわけであり、こノ’Lは発信子5と受信子
6との管lに対する相対位置を変えることにより検知で
きる。すなわち、第2図において、発信子5と受信子6
との距離を変えることにより、ドツプラ周波数が零から
ある有限の値へ、またはある有限の値から零へ変化する
境界点aを検出し、そのときの発信子5と受信子6との
距離をl、スケール厚さをmとすると・スクール厚さm
は次式によって表わされる。
ここでSは発信子5と受信子6が固定されているくさび
7.8の厚さ・ tは管1の厚さ゛、θ5とθ6は発信
子5と受信子6のくさび7,8へのあらかじめ設定した
取付角、θ3と04は管の音速で決まる超音波の管中で
の伝播角度で、これらの値はすべて既知であり・θ1と
02は流体の種類により決定され、あらかじめ流体の音
速が分っていれば既知である。したがって発信子5と受
信子6のいずれか一方、または両者を管1上で軸方向に
動かして両者間の距離を変化させて、すなわち超音波の
伝播方向」、kを変化させながら、ドツプラ周波数が零
から有限の値へ、または有限の値から零へと変化する境
界点を探り、その境界点に相当する発信子5と受信子6
との距離lを求めれば、スケール厚さmは上述の(2)
式から計算することができる。
なお、発信子と受信子との距離を変化させる方法は、軸
方向の移動のみならず、管の円周方向に移動させること
によっても可能である。
第3図は、本発明方法を実施するための装置の一例の構
成配置図で、第1図、第2図と同等部分には同符号が付
しである。
図において、9は発信子5に接続した変位検出器、10
は発信子6に接続した変位検出器、11は変位検出器9
,10の出力端に接続したX−Yレコーダ、12は受信
子6の出力〈1、:に接続した同調増幅器で、その出力
側には検波器13、フィルター増幅器14、ゼロクロス
パルス列変換器15、パルス列電流変換器16が順次接
続され、パルス列電流変換器16はX−Yレコーダ11
に接続されている。
いま発信子5と受信子6との距離を変化させ、変位検出
器9.10で検出し、X−Yレコーダ11の例えばY軸
に入力する。−力受信子6の出力は同調増幅器12)検
波器13、フィルター増幅器14、ゼロクロスパルス列
変換器15、パルス列電流変換器16の回路でドツプラ
ー周波数に相応する直流電流に変換され、X−Yレコー
ダ11のY軸に入力する。このX−Yレコーダ11の記
録を見ながら、ドツプラ周波数が零から有限の値へ、ま
たは有限の値から零へと変化する境界を判断し、そのと
きの発信子5と受信子6との距離lから式(2)により
管内スケール厚さmを求めることができる。この場合、
発信子と受信子との検出距離分式(2)に基づきマイコ
ン処理することによって管内スケール厚さを求めること
もできる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、スケールの付着した管内の流速分布に
おいて、スケールと流体との境界面で流速が零となるこ
とに着目し、超音波の発信子と受信子との相互間距離を
変えることによって超音波のドツプラ効果によって生じ
るドツプラ周波数が零になる点を検出し、このドツプラ
周波数が流速に比例する性質を利用して、そのときの発
信子と受信子との相互間距離から管内スケール厚さを求
めるものであり、従来技術の持つ欠点を解決し、適用対
象が限定されることなく、管の外壁から極めて簡単に管
内スケール厚さを測定することができる。      
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発廚の原理を説明するだめの構
成図で、第2図は第1図の一部の拡大図、第3図は本発
明方法を実施するだめの装置の一例の4J!成図である
。 1・・・管、 2・・・流体、 4・・・スケール、 
5・・・発信子、 6・・・受信子、 9・・・発振器
、 10・・・受信回路、 l・・・発信子と受信子と
の距離、 m・・・管内スケール厚さ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)流体に超音波を発する発信子と前記流体から散乱反
    射される超音波を受ける受信子とを管の外壁に配置し、
    発信子と受信子の位置を相対的に変化させることにより
    、超音波のドップラ周波数が零となる流体とスケールと
    の境界を検出し、この境界から管内スケール厚さを測定
    することを特徴とする管内スケール厚さの測定方法。 2)特許請求の範囲第1項記載の測定方法において、発
    信子または受信子のいずれか一方を管の外壁に固定し、
    他方を管の軸方向に摺動させることにより発信子と受信
    子の相対位置を変化させることを特徴とする管内スケー
    ル厚さの測定方法。 3)特許請求の範囲第1項記載の測定方法において、発
    信子または受信子のいずれか一方を管の外壁に固定し、
    他方を管の周方向に摺動させることにより発信子と受信
    子の相対位置を変化させることを特徴とする管内スケー
    ル厚さの測定方法。
JP21330184A 1984-10-12 1984-10-12 管内スケ−ル厚さの測定方法 Pending JPS6191509A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0239275A2 (en) * 1986-03-26 1987-09-30 The Babcock & Wilcox Company Measuring oxide scale on inner surfaces of boiler tubes
JPS6392205U (ja) * 1986-12-03 1988-06-15
WO2008084182A1 (en) * 2007-01-09 2008-07-17 Schlumberger Technology B.V. Sensor system for pipe and flow condition monitoring of a pipeline configured for flowing hydrocarbon mixtures
WO2010145762A3 (de) * 2009-06-17 2011-03-03 Ksb Aktiengesellschaft Pumpen und armaturen mit sensoren
RU2482790C1 (ru) * 2011-12-21 2013-05-27 Елена Михайловна Ермак Способ неинвазивного определения реологических свойств крови in vivo

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