JPS629224A - 超音波による気体流量測定方法 - Google Patents
超音波による気体流量測定方法Info
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- JPS629224A JPS629224A JP60149500A JP14950085A JPS629224A JP S629224 A JPS629224 A JP S629224A JP 60149500 A JP60149500 A JP 60149500A JP 14950085 A JP14950085 A JP 14950085A JP S629224 A JPS629224 A JP S629224A
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- flow rate
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発萌は、超音波を用いて、配管内を流れる気体等の四
重を測定する超音波による気体液１測定方法の改良に関
するものである。
重を測定する超音波による気体液１測定方法の改良に関
するものである。
従来、気体流量の測定は、差圧式、カルマン渦・・・等
ｉ利用した流量計測方式で行っていたが、これらのａｌ
ｌ測定方式は、保守上、レンジアビリティ、ｍｒ！！、
圧力損失・・・等に問題点があった。 そこで、特に圧力損失がないという利点を有する気体超
音波流量計が登場してきた。これは、超音波の伝Ｉｌｌ
！速度が、気体が原動するとその流向と）全速に対応し
て変化し、流れの向きと超音波の伝播方向が順方向であ
れば伝播速度Ｃは流ｉ！！ Ｖ分だけ増加し、逆方向で
あれば流速Ｖ分だけ減少することを利用したもので、例
えば特開昭５６−７４６２２に開示されている。 即ち、例えば第１１図に示す如く、２個の超音波送受ｖ
ｔ器１０を互いに対向させて配管１２の管壁に斜めに取
付け、交互にＩＩ透してｒＩＡ音波パルスを送受信させ
た場合、ガス体の流れ（矢印へ方向）に対して順方向の
伝播時間をｔ （秒）、逆方向の伝播時間を１＝（秒）
とし、気体の流速Ｖ（ｍ、７秒）との関係を求めると、
次式のようになる。 ｔ −Ｌ／ （Ｃ＋Ｖ ｃｏｓθ）・・・（１）ｔ −
＝Ｌ／ （Ｃ−Ｖ ００８θ）・・・（２）Ｖ−Ｌ’２
ｃｏｓθｘ （１−’ｔ −１／ｌ−）・（３）ここで
、Ｌは送受波器１０間の距１！１（ｍ）、θは超音波伝
播軸（以下測定軸と称する）と配管１２の中心軸とがな
す角度、Ｃは静止気体中の超音波の伝播速ｒｆＩ（ｍ−
’秒）である。 温浸は、配管１２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、例えば伝播時間逆数差）寅算方式に
より前出（３）式で求められる僚速Ｖは、超音波伝播軸
の線平均流速であるので、従来は、プランティールの速
度分布方程式等により、例えば次式を用いて断面平均流
速Ｖに換口している。 Ｖ−Ｖ’（１＋０．０１ 、 Ｊ−４３１Ｒ
ｅ−０−２ｎ）・・・（４） ここでＲｅはレイノルズ数である。
ｉ利用した流量計測方式で行っていたが、これらのａｌ
ｌ測定方式は、保守上、レンジアビリティ、ｍｒ！！、
圧力損失・・・等に問題点があった。 そこで、特に圧力損失がないという利点を有する気体超
音波流量計が登場してきた。これは、超音波の伝Ｉｌｌ
！速度が、気体が原動するとその流向と）全速に対応し
て変化し、流れの向きと超音波の伝播方向が順方向であ
れば伝播速度Ｃは流ｉ！！ Ｖ分だけ増加し、逆方向で
あれば流速Ｖ分だけ減少することを利用したもので、例
えば特開昭５６−７４６２２に開示されている。 即ち、例えば第１１図に示す如く、２個の超音波送受ｖ
ｔ器１０を互いに対向させて配管１２の管壁に斜めに取
付け、交互にＩＩ透してｒＩＡ音波パルスを送受信させ
た場合、ガス体の流れ（矢印へ方向）に対して順方向の
伝播時間をｔ （秒）、逆方向の伝播時間を１＝（秒）
とし、気体の流速Ｖ（ｍ、７秒）との関係を求めると、
次式のようになる。 ｔ −Ｌ／ （Ｃ＋Ｖ ｃｏｓθ）・・・（１）ｔ −
＝Ｌ／ （Ｃ−Ｖ ００８θ）・・・（２）Ｖ−Ｌ’２
ｃｏｓθｘ （１−’ｔ −１／ｌ−）・（３）ここで
、Ｌは送受波器１０間の距１！１（ｍ）、θは超音波伝
播軸（以下測定軸と称する）と配管１２の中心軸とがな
す角度、Ｃは静止気体中の超音波の伝播速ｒｆＩ（ｍ−
’秒）である。 温浸は、配管１２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、例えば伝播時間逆数差）寅算方式に
より前出（３）式で求められる僚速Ｖは、超音波伝播軸
の線平均流速であるので、従来は、プランティールの速
度分布方程式等により、例えば次式を用いて断面平均流
速Ｖに換口している。 Ｖ−Ｖ’（１＋０．０１ 、 Ｊ−４３１Ｒ
ｅ−０−２ｎ）・・・（４） ここでＲｅはレイノルズ数である。
しかしながら従来は、真の線平均流速を測定しておらず
、気体が配管１２の中心軸に平行に流れていると仮定し
ているので、気体の象れに角度があると！ｉｆｌ差を生
じる。 一方、超高波送受信器を？！数紺設けたものとしては、
例えば特開昭５５−１５６８７７に、３ｔ／８の超音波
送受波器を設け、各送受波器の軸棒間の開きを水平面に
対して任意の角度に選び、■つ各軸線は垂直面に対して
任意の角度傾斜するように３＠の送受波器を交差せしめ
ることによって、超音波送受波器による乱れが、超音波
伝播経路上に発生するのを極力避けると共に、超音波送
受波器の間隔の不一致に伴って生ずる測定上の零点変動
を除くようにしたものが開示されている。 しかしながら、本発明のように、軸方向断面内の流速分
布をＩｌｌて平均したと同等の真の線平均流速を求める
ものではなかった。 ［１明の目的］ 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、軸方向断面内の流速分布を積算して平均したと同
等の真の線平均流速を求めて、気体の象れが配管内の中
心軸に対しである角度を持っている場合でも、気体流量
を正確に測定することができる、超音波による気体流量
測定方法を提供することを目的とする。
、気体が配管１２の中心軸に平行に流れていると仮定し
ているので、気体の象れに角度があると！ｉｆｌ差を生
じる。 一方、超高波送受信器を？！数紺設けたものとしては、
例えば特開昭５５−１５６８７７に、３ｔ／８の超音波
送受波器を設け、各送受波器の軸棒間の開きを水平面に
対して任意の角度に選び、■つ各軸線は垂直面に対して
任意の角度傾斜するように３＠の送受波器を交差せしめ
ることによって、超音波送受波器による乱れが、超音波
伝播経路上に発生するのを極力避けると共に、超音波送
受波器の間隔の不一致に伴って生ずる測定上の零点変動
を除くようにしたものが開示されている。 しかしながら、本発明のように、軸方向断面内の流速分
布をＩｌｌて平均したと同等の真の線平均流速を求める
ものではなかった。 ［１明の目的］ 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、軸方向断面内の流速分布を積算して平均したと同
等の真の線平均流速を求めて、気体の象れが配管内の中
心軸に対しである角度を持っている場合でも、気体流量
を正確に測定することができる、超音波による気体流量
測定方法を提供することを目的とする。
本発明は、超音波を用いて、配管内を象れる気体等の流
層を測定する超音波による気体流量測定方法において、
第１図乃至第３図に示す如く、ある軸方向断面内で、配
管の軸心に対して、測定線がある角度をもって互いに交
差する？！ｔｔ１組の超音波送受波器を対向して設け、
各相の送受波器間における超音波パルスの送受信伝播時
間を各々検出し、該伝播時間から、前記断面内のｍ＊分
布を積算して平均したと同等の真の線平均流速を求め、
該真の線平均流速分布より気体流量を測定することによ
り、前記目的を達成したものである。 又、本発明の＊施態様は、前記真の轢平均漆速を、各送
受信伝播時間の逆数の差（１’ｊ＋−１、’ｔ １’
）、 （１，’ｔ ２ １．、・’ｔ１′−）から
求めるようにしたものである。 又、本発明の他の大１ｉ！！態憚は、前記真の線平均流
速を、各送受信伝播時間の差（ｔ ｔ′−ｒ＋）、（ｔ
２’ −ｔ ２）と各送受信伝播時間の和（ｊ ＋１
＋ｊ 、 ）、（ｔ 、’ ＋ｔ ２ ）’の二乗の
比（ｊ ＋’ ｔ １）−’（ｔ １’ ＋
ｔ １）’、（ｔ ２’ −ｔ１）、（ｔ２′−
ｔ２） ′（ｔ ２’ ＋ｔ ２）”から求めるよう
にしたものである。 更に、本発明の他の実施態様は、前記真の線平均流速を
、各送受信伝播時間の差（ｔ＋′−ｊ １）、（ｔ１′
− ｊ２）から求めるようにしたものであるわ
層を測定する超音波による気体流量測定方法において、
第１図乃至第３図に示す如く、ある軸方向断面内で、配
管の軸心に対して、測定線がある角度をもって互いに交
差する？！ｔｔ１組の超音波送受波器を対向して設け、
各相の送受波器間における超音波パルスの送受信伝播時
間を各々検出し、該伝播時間から、前記断面内のｍ＊分
布を積算して平均したと同等の真の線平均流速を求め、
該真の線平均流速分布より気体流量を測定することによ
り、前記目的を達成したものである。 又、本発明の＊施態様は、前記真の轢平均漆速を、各送
受信伝播時間の逆数の差（１’ｊ＋−１、’ｔ １’
）、 （１，’ｔ ２ １．、・’ｔ１′−）から
求めるようにしたものである。 又、本発明の他の大１ｉ！！態憚は、前記真の線平均流
速を、各送受信伝播時間の差（ｔ ｔ′−ｒ＋）、（ｔ
２’ −ｔ ２）と各送受信伝播時間の和（ｊ ＋１
＋ｊ 、 ）、（ｔ 、’ ＋ｔ ２ ）’の二乗の
比（ｊ ＋’ ｔ １）−’（ｔ １’ ＋
ｔ １）’、（ｔ ２’ −ｔ１）、（ｔ２′−
ｔ２） ′（ｔ ２’ ＋ｔ ２）”から求めるよう
にしたものである。 更に、本発明の他の実施態様は、前記真の線平均流速を
、各送受信伝播時間の差（ｔ＋′−ｊ １）、（ｔ１′
− ｊ２）から求めるようにしたものであるわ
本発明の構成は、第１図乃至第３図に示す如くであり、
複数組、例えば２相の超音波送受波器１０．２０が、あ
る軸方向断面内で、配管１２の軸心に対して、測定線が
ある角度θ１、Ｏ２（≠θ１）をもって互いに交差する
よう対向して設けられている。 今、第４図及び第５図に示す如く、配管１２の垂直方向
をｎ等分した場合の、超音波送受波器間の測定線に沿う
各区間の流速をＶ＋−Ｖｎ、各区間流速■１〜Ｖ口が垂
線に対してなす角度をθ０１〜θｏｎとすると、前出（
３）式から次式の関係が成立する。 Ｒ，！Ｉ（Ｖ ＋ ＣＯ５（π ′２− θ ＋
−Ｏｏ ＋ ） ’−，−＋ ｙｎＣＯｓ
＜π ′２−θ、−〇ｏｎ））、’ｎ＝Ｌ＋ ′２
Ｘ（１’ｔ＋ １’ｔ＋−） ・・・ （５）Ａ
ｔｎｌ（Ｖ ＋ ＣＯ５（π’２−θ２−θｏ＋）
上・・・＋ Ｖ ｎ ＣＯ８（π ・′ ２−
θ ２− θ ０ ロ ） ） ′ ｎ”Ｌｚ−
’２×＜ ｌ’ｔ ２ １ ′ｔ ２ ）
・・・ （６）ここで、ＬＴ、Ｌ２は、それぞれ、
各ＵＡ音波送受波器１０間、２０間の距１ｉ１（Ｉｌｌ
）、ｔ＋、ｔ＋−は、それぞれ噛音波送受波器１０間に
おける超音波パルスの明方向、逆方向の伝播時間（秒）
、
複数組、例えば２相の超音波送受波器１０．２０が、あ
る軸方向断面内で、配管１２の軸心に対して、測定線が
ある角度θ１、Ｏ２（≠θ１）をもって互いに交差する
よう対向して設けられている。 今、第４図及び第５図に示す如く、配管１２の垂直方向
をｎ等分した場合の、超音波送受波器間の測定線に沿う
各区間の流速をＶ＋−Ｖｎ、各区間流速■１〜Ｖ口が垂
線に対してなす角度をθ０１〜θｏｎとすると、前出（
３）式から次式の関係が成立する。 Ｒ，！Ｉ（Ｖ ＋ ＣＯ５（π ′２− θ ＋
−Ｏｏ ＋ ） ’−，−＋ ｙｎＣＯｓ
＜π ′２−θ、−〇ｏｎ））、’ｎ＝Ｌ＋ ′２
Ｘ（１’ｔ＋ １’ｔ＋−） ・・・ （５）Ａ
ｔｎｌ（Ｖ ＋ ＣＯ５（π’２−θ２−θｏ＋）
上・・・＋ Ｖ ｎ ＣＯ８（π ・′ ２−
θ ２− θ ０ ロ ） ） ′ ｎ”Ｌｚ−
’２×＜ ｌ’ｔ ２ １ ′ｔ ２ ）
・・・ （６）ここで、ＬＴ、Ｌ２は、それぞれ、
各ＵＡ音波送受波器１０間、２０間の距１ｉ１（Ｉｌｌ
）、ｔ＋、ｔ＋−は、それぞれ噛音波送受波器１０間に
おける超音波パルスの明方向、逆方向の伝播時間（秒）
、
【２ 、ｔ ２−は、それぞれ超音波送受波器２０間
における超音波パルスの明方向、逆方向の伝播時間（秒
）である、又、（π、″２−θ１−θｏ１）は、ｆｆ１
ｉ！！Ｔ／＋と測定線のなす角度である。 一方、線平均流速＼／ （ｍ 、、−’秒）と各区間の
流速ｖ１〜ｖｎの間には次式の関係が成立するウ−Ｉ−
ＶｙｌＳｉｎ θｏ ｎ ） 、−’ ｐ ・” （７
）この（７）式は、第６図及び第７図に示す如く、超音
波送受波：！１ＷＩＪの断面における線平均流速Ｖを意
味している。即ち、線平均流速Ｖは、配管１２の中心軸
に平行な流速の平均値であるから、前出（７）式のよう
になる。 前出（５）式及び（６）式を変形すると、次の（８）式
及び（９）式を得る。 −１−Ｖ ｎ ＣＯ８θ ｏｎ） ＋ ｃｏｓθ、（ｖ、ｓｉｎθ０１４− ”’＋ｙｎＳ
ｉｎ θ ｏｎ））、、’ｎ＝Ｌ ＋ ′２Ｘ （
１／ｌ ＋ −１，’ｔ １− ）・・・（８）、＠
ｉｌＲ（ＳｉｎＯ２（ｖ、ｃｏｓθ０１ ＋ ””−→
ω 半ＶＩＣＯ８θｏｎ） −４−ＣＯ８θｚ（ｖ＋Ｓｔｎθｏ ＋ ＋ −＋Ｖ
ｉ ８ｉｎ θ ｏ ｎ ） ） 、／
ｎ−り。２・”２Ｘ （１／ｌ ２ １．’ｔ ２ ′
）・・・〈９）この（８）式、（９）式に前出（７）式
の関係を用いると、次式が１うられる。 ＼’ ＝ （Ｌ ｔ ／ ２ Ｘ （１、’ ｔ ＋−
１，’ｔ ＋ ′）ｓｉｎθ２ −Ｌ２ ’２Ｘ （１−’ｔ ２−１／’ｔ ２−）
ｓｉｎθ１）（ｓｉｎ θ ２ ｃｏｓ θ 、−
５ｉｎ θ ＋ ＣＯＳ θ ２ ）−（（Ｋ２
（１’ｔ ＋−１′ｔ ＋ ′）−Ｋｓ
（１’ｔ ２−１ ′ｔ ２−）） ’に＋・
・・ （１０） ここで、Ｋ＋ 、に２．に３は定数である。 前出（１０）式において、θ２＝９０’ とすると、次
式のように簡略化される。 ＼／＝ （ＬＴ 、／２×（１’ｔ ＋ １ ’ｔ
＋ ′）Ｄ ’２（１，、’ｔ ２ １ ’ｔ ２′）
ｘ ｓｉｎθ、 ） 、−’ｃｏｓθｊ ・
（１１）ここで、Ｄは配管ｆ！＋（ｍ）である。 なお前記説明においては、前出（３）式の伝播時間逆数
演算方式を用いて、真の線平均）た速を、各送受信伝播
時間の逆数の差（１’ｔ＋ １’ｒ、′）、（１，’
ｔ ２ １．’ｔ ２’ ）から求めるようにしてい
たが、真の線平均流速＼ｌを求める方法はこれに限定さ
れない、例えば、次の（１２）式の関係を用いて、（１
３）式に示す如く、各送受信伝播時間の差（ｔ＋′ ｔ
＋）、（ｔｚ−ｔ１）、（ｔ２′−ｔ２）と各送受信伝
播時間の和（ｊ＋′＋ｒ 、）、（ｔ２−＋ｔ２）の二
乗の比（ｔ ＊’ −ｔ ＋） ’（ｔ ＋’
＋Ｔ １）’ 、 （ｔ ２’ ｔ ２）
’（ｔ ２′−！−ｔ１）、（ｔ２′−ｔ２）’
から求めることもできる。 ＼／−２１（ｔ ′−ｔ ） ’ （ｃｏｓθＸ（ｔ
”＋ｔ）２）・・・（１２） Ｖ” （２Ｌ＋ （ｔ ＋ −ｔ ＋ ）’（ｔ １−
＋ｔ ＋ ） ’ ｘｓｌｎ０２２ｍ２ （ｔ ２−−
ｔ ２ ）・’（ｔ ｚ′＋ｔ ２）’ｘ ｓｉｎθ、
）／（ｓｉｎθ２ ｃｏｓθ１− ｓｉｎθ、 ｃｏｓ
θ２ ） ”・＜ １３ ＞あるいは、次の（１４）式
の関係を用いて、（１５）式に示す如（、真の線平均流
速Ｖを、各送受信伝播時間の差（ｔ １′−ｔ１）、（
ｔ２−−ｔ２）から求めることも可能である。 ＼”Ｃ’ （Ｔ −−ｔ ）／２Ｌｃｏｓθ・・・（
１４）Ｖ−Ｃ’ （（ｔ ＋ −−ｔ ＋ ）、／２
ｘｓｌｎθ２− （ｔ ２−−ｔ Ｚ ） 、’２Ｘｓ
ｌｎθ１）’（ｓｉｎθ２ ｃｏｓθ＋−８ｉｎθ１０
０８θ２）・・・（１５） なお、θ２−９０°とすると、前出（１３）式及び（１
５）式は、そねぞれ次式に示す如くとなる。ｖ−ｒ２Ｌ
＋ （ｔ ＋ −−ｔ ＋ ）′（ｔ＋′、←ｔ ＋
）’−２Ｌｚ （ｔ ｚ′−ｔ ２）’（ｔ ２−＋
ｔ ２）’ｘｓｉｎ０．） ′ｃｏｓθ。 ・・・ く １６ ） Ｖ＝Ｃ’ （（ｔ’＋ ′’−ｔ ＋ ） ’２−
（ｊ ２−−ｔ ２ ） ’２Ｘ８１ｎθ、）’ｃｏ
ｓθ１・・・（１７） ところで、配［１２中を流れる気体は、いかなる！Ｉｔ
！部においても傾きをもって流れていると考えられ、長
い直Ｗ長の所では、ある１点の真の線平均流速を求めれ
ば、線平均流速を１１１ｍ平均流速に変換する式を用い
ることによって、ＩＩＱは次式で求められる。 Ｑ−ＶＸ７ｒＤ’ 、’４・ （１８）次に、前出（１
１）式について、線平均流速Ｖが次の条件でどのような
埴になるか算出してみた。 即ち、配′Ｒ１２中の第８図に示す各点ａ点、ｂ点、０
点、ｄ点、０点で、ａ点、０点の流速が３＋ｅ、、’秒
、ｂ点、ｄ点の流速５１１１．／秒、０点の波速６Ｉ７
秒であり、各ｒＩｌ速が、第９図に示す如く、θ。 −８９°の傾きをもっていたとすると、平均流速は、４
．４ｘｓｌｎ ８９°−４，３９９ｍ ／秒となる。こ
れに対して、前出（１１）式で求めた線平均流速＼ｌも
、４．３９９１１−’秒となる。ところが、従来の（３
）式で求めた線平均流速Ｖは４．５３２鴨 ７秒であり
、上記真の平均流速に対して約３％高い随となった。 【実施ｖ／４】 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本実施例は、第１０図に示す如り、ｉｉ！径１５００間
の大口径の配管１２に対して、２１１の超音波送受波器
１０．２０を、１４ｆｌは配管の中心軸に対して６０°
、もう一方は直角に取付けて、前出（１１）式の第１項
と第２項各々の超音波送受波器で求めて演算させ、マイ
クロコンピュータ２２で線平均流速■及びｆｆ１Ｑを求
めたものである。 第１０図において、２４．２６はアンプである。 この結果は非常に良好で、上ｖｔｍ＋＋に取付けたオリ
フィス２８によって発生する差圧を差圧梵Ｆ：器３０で
検出して流」を測定した結果との比較でも充分満足でき
る結果が得られた。 なお前記＊施例においては、２岨の超音波送受波器を用
いていたが、用いるべきｔＢ音波、送受波器の相数はこ
れに限定されず、３１ｆｌ以上とすることも可能である
。
における超音波パルスの明方向、逆方向の伝播時間（秒
）である、又、（π、″２−θ１−θｏ１）は、ｆｆ１
ｉ！！Ｔ／＋と測定線のなす角度である。 一方、線平均流速＼／ （ｍ 、、−’秒）と各区間の
流速ｖ１〜ｖｎの間には次式の関係が成立するウ−Ｉ−
ＶｙｌＳｉｎ θｏ ｎ ） 、−’ ｐ ・” （７
）この（７）式は、第６図及び第７図に示す如く、超音
波送受波：！１ＷＩＪの断面における線平均流速Ｖを意
味している。即ち、線平均流速Ｖは、配管１２の中心軸
に平行な流速の平均値であるから、前出（７）式のよう
になる。 前出（５）式及び（６）式を変形すると、次の（８）式
及び（９）式を得る。 −１−Ｖ ｎ ＣＯ８θ ｏｎ） ＋ ｃｏｓθ、（ｖ、ｓｉｎθ０１４− ”’＋ｙｎＳ
ｉｎ θ ｏｎ））、、’ｎ＝Ｌ ＋ ′２Ｘ （
１／ｌ ＋ −１，’ｔ １− ）・・・（８）、＠
ｉｌＲ（ＳｉｎＯ２（ｖ、ｃｏｓθ０１ ＋ ””−→
ω 半ＶＩＣＯ８θｏｎ） −４−ＣＯ８θｚ（ｖ＋Ｓｔｎθｏ ＋ ＋ −＋Ｖ
ｉ ８ｉｎ θ ｏ ｎ ） ） 、／
ｎ−り。２・”２Ｘ （１／ｌ ２ １．’ｔ ２ ′
）・・・〈９）この（８）式、（９）式に前出（７）式
の関係を用いると、次式が１うられる。 ＼’ ＝ （Ｌ ｔ ／ ２ Ｘ （１、’ ｔ ＋−
１，’ｔ ＋ ′）ｓｉｎθ２ −Ｌ２ ’２Ｘ （１−’ｔ ２−１／’ｔ ２−）
ｓｉｎθ１）（ｓｉｎ θ ２ ｃｏｓ θ 、−
５ｉｎ θ ＋ ＣＯＳ θ ２ ）−（（Ｋ２
（１’ｔ ＋−１′ｔ ＋ ′）−Ｋｓ
（１’ｔ ２−１ ′ｔ ２−）） ’に＋・
・・ （１０） ここで、Ｋ＋ 、に２．に３は定数である。 前出（１０）式において、θ２＝９０’ とすると、次
式のように簡略化される。 ＼／＝ （ＬＴ 、／２×（１’ｔ ＋ １ ’ｔ
＋ ′）Ｄ ’２（１，、’ｔ ２ １ ’ｔ ２′）
ｘ ｓｉｎθ、 ） 、−’ｃｏｓθｊ ・
（１１）ここで、Ｄは配管ｆ！＋（ｍ）である。 なお前記説明においては、前出（３）式の伝播時間逆数
演算方式を用いて、真の線平均）た速を、各送受信伝播
時間の逆数の差（１’ｔ＋ １’ｒ、′）、（１，’
ｔ ２ １．’ｔ ２’ ）から求めるようにしてい
たが、真の線平均流速＼ｌを求める方法はこれに限定さ
れない、例えば、次の（１２）式の関係を用いて、（１
３）式に示す如く、各送受信伝播時間の差（ｔ＋′ ｔ
＋）、（ｔｚ−ｔ１）、（ｔ２′−ｔ２）と各送受信伝
播時間の和（ｊ＋′＋ｒ 、）、（ｔ２−＋ｔ２）の二
乗の比（ｔ ＊’ −ｔ ＋） ’（ｔ ＋’
＋Ｔ １）’ 、 （ｔ ２’ ｔ ２）
’（ｔ ２′−！−ｔ１）、（ｔ２′−ｔ２）’
から求めることもできる。 ＼／−２１（ｔ ′−ｔ ） ’ （ｃｏｓθＸ（ｔ
”＋ｔ）２）・・・（１２） Ｖ” （２Ｌ＋ （ｔ ＋ −ｔ ＋ ）’（ｔ １−
＋ｔ ＋ ） ’ ｘｓｌｎ０２２ｍ２ （ｔ ２−−
ｔ ２ ）・’（ｔ ｚ′＋ｔ ２）’ｘ ｓｉｎθ、
）／（ｓｉｎθ２ ｃｏｓθ１− ｓｉｎθ、 ｃｏｓ
θ２ ） ”・＜ １３ ＞あるいは、次の（１４）式
の関係を用いて、（１５）式に示す如（、真の線平均流
速Ｖを、各送受信伝播時間の差（ｔ １′−ｔ１）、（
ｔ２−−ｔ２）から求めることも可能である。 ＼”Ｃ’ （Ｔ −−ｔ ）／２Ｌｃｏｓθ・・・（
１４）Ｖ−Ｃ’ （（ｔ ＋ −−ｔ ＋ ）、／２
ｘｓｌｎθ２− （ｔ ２−−ｔ Ｚ ） 、’２Ｘｓ
ｌｎθ１）’（ｓｉｎθ２ ｃｏｓθ＋−８ｉｎθ１０
０８θ２）・・・（１５） なお、θ２−９０°とすると、前出（１３）式及び（１
５）式は、そねぞれ次式に示す如くとなる。ｖ−ｒ２Ｌ
＋ （ｔ ＋ −−ｔ ＋ ）′（ｔ＋′、←ｔ ＋
）’−２Ｌｚ （ｔ ｚ′−ｔ ２）’（ｔ ２−＋
ｔ ２）’ｘｓｉｎ０．） ′ｃｏｓθ。 ・・・ く １６ ） Ｖ＝Ｃ’ （（ｔ’＋ ′’−ｔ ＋ ） ’２−
（ｊ ２−−ｔ ２ ） ’２Ｘ８１ｎθ、）’ｃｏ
ｓθ１・・・（１７） ところで、配［１２中を流れる気体は、いかなる！Ｉｔ
！部においても傾きをもって流れていると考えられ、長
い直Ｗ長の所では、ある１点の真の線平均流速を求めれ
ば、線平均流速を１１１ｍ平均流速に変換する式を用い
ることによって、ＩＩＱは次式で求められる。 Ｑ−ＶＸ７ｒＤ’ 、’４・ （１８）次に、前出（１
１）式について、線平均流速Ｖが次の条件でどのような
埴になるか算出してみた。 即ち、配′Ｒ１２中の第８図に示す各点ａ点、ｂ点、０
点、ｄ点、０点で、ａ点、０点の流速が３＋ｅ、、’秒
、ｂ点、ｄ点の流速５１１１．／秒、０点の波速６Ｉ７
秒であり、各ｒＩｌ速が、第９図に示す如く、θ。 −８９°の傾きをもっていたとすると、平均流速は、４
．４ｘｓｌｎ ８９°−４，３９９ｍ ／秒となる。こ
れに対して、前出（１１）式で求めた線平均流速＼ｌも
、４．３９９１１−’秒となる。ところが、従来の（３
）式で求めた線平均流速Ｖは４．５３２鴨 ７秒であり
、上記真の平均流速に対して約３％高い随となった。 【実施ｖ／４】 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本実施例は、第１０図に示す如り、ｉｉ！径１５００間
の大口径の配管１２に対して、２１１の超音波送受波器
１０．２０を、１４ｆｌは配管の中心軸に対して６０°
、もう一方は直角に取付けて、前出（１１）式の第１項
と第２項各々の超音波送受波器で求めて演算させ、マイ
クロコンピュータ２２で線平均流速■及びｆｆ１Ｑを求
めたものである。 第１０図において、２４．２６はアンプである。 この結果は非常に良好で、上ｖｔｍ＋＋に取付けたオリ
フィス２８によって発生する差圧を差圧梵Ｆ：器３０で
検出して流」を測定した結果との比較でも充分満足でき
る結果が得られた。 なお前記＊施例においては、２岨の超音波送受波器を用
いていたが、用いるべきｔＢ音波、送受波器の相数はこ
れに限定されず、３１ｆｌ以上とすることも可能である
。
以上説明した通り、本発明によれば、従来の超ｇ波流量
計の誤差要因を取り除いて、精（支）よく計れることが
できる。即ち、真の平均１ｍを求めることが可能となる
。又、真の流量を把握することができるので、超高波象
量計の特徴である圧力損失がないという特質を充分に活
かすことはできる。 更に、気体流層管理制御用のため流量針として用いるこ
とができる等の優れた効果を有する。
計の誤差要因を取り除いて、精（支）よく計れることが
できる。即ち、真の平均１ｍを求めることが可能となる
。又、真の流量を把握することができるので、超高波象
量計の特徴である圧力損失がないという特質を充分に活
かすことはできる。 更に、気体流層管理制御用のため流量針として用いるこ
とができる等の優れた効果を有する。
第１図は、本発明の詳細な説明するための、超音波送受
波器の取付状態を示す配管の縦断面図、第２図は、同じ
く■方向から見た横断面図、第３図は、記号を説明する
ための線図、第４図は、間しく、流速分布の例を示す線
図、第５図は、間しく、各区間の流速の傾きを示す線図
、第６図は、同じく、各区間の流速分布の軸方向成分の
分布を示す線図、第７図は、同じく、軸方向成分を示す
線図、第８１ｉ！！ｌは、同じく、流速分布の例を示す
線図、第９図は、同じく、流れの方向の例を示す線図、
第１０図は、本発明が採用された超音波気体流量測定装
置の実施例の構成を示す、一部ブロック線図を含む断面
図、第１１１！１は、従来の超音波気体流量測定方法の
原理を示す断面図である。 １０．２０・・・超音波送受波器、 １２・・・配管、 ２２・・・マイクロコンピュータ。
波器の取付状態を示す配管の縦断面図、第２図は、同じ
く■方向から見た横断面図、第３図は、記号を説明する
ための線図、第４図は、間しく、流速分布の例を示す線
図、第５図は、間しく、各区間の流速の傾きを示す線図
、第６図は、同じく、各区間の流速分布の軸方向成分の
分布を示す線図、第７図は、同じく、軸方向成分を示す
線図、第８１ｉ！！ｌは、同じく、流速分布の例を示す
線図、第９図は、同じく、流れの方向の例を示す線図、
第１０図は、本発明が採用された超音波気体流量測定装
置の実施例の構成を示す、一部ブロック線図を含む断面
図、第１１１！１は、従来の超音波気体流量測定方法の
原理を示す断面図である。 １０．２０・・・超音波送受波器、 １２・・・配管、 ２２・・・マイクロコンピュータ。
Claims (4)
- （１）超音波を用いて、配管内を流れる気体等の流量を
測定する超音波による気体流量測定方法において、 ある軸方向断面内で、配管の軸心に対して、測定線があ
る角度をもつて互いに交差する複数組の超音波送受波器
を対向して設け、 各組の送受波器間における超音波パルスの送受信伝播時
間を各々検出し、 該伝播時間から、前記断面内の流速分布を積算して平均
したと同等の真の線平均流速を求め、該真の線平均流速
分布より気体流量を測定することを特徴とする超音波に
よる気体流量測定方法。 - （２）前記真の線平均流速を、各送受信伝播時間の逆数
の差（１／ｔ＿１−１／ｔ＿１′）、（１／ｔ＿２−１
／ｔ＿２′）から求めるようにした特許請求の範囲第１
項記載の超音波による気体流量測定方法。 - （３）前記真の線平均流速を、各送受信伝播時間の差（
ｔ＿１′−ｔ＿１）、（ｔ＿２′−ｔ＿２）と各送受信
伝播時間の和（ｔ＿１′＋ｔ＿１）、（ｔ＿２′＋ｔ＿
２）の２乗の比（ｔ＿１′−ｔ＿１）／（ｔ＿１′＋ｔ
＿１）＾２、（ｔ＿２′−ｔ＿２）／（ｔ＿２′＋ｔ＿
２）＾２から求めるようにした特許請求の範囲第１項記
載の超音波による気体流量測定方法。 - （４）前記真の線平均流速を、各送受信伝播時間の差（
ｔ＿１′−ｔ＿１）、（ｔ＿２′−ｔ＿２）から求める
ようにした特許請求の範囲第１項記載の超音波による気
体流量測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60149500A JPS629224A (ja) | 1985-07-08 | 1985-07-08 | 超音波による気体流量測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60149500A JPS629224A (ja) | 1985-07-08 | 1985-07-08 | 超音波による気体流量測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS629224A true JPS629224A (ja) | 1987-01-17 |
Family
ID=15476509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60149500A Pending JPS629224A (ja) | 1985-07-08 | 1985-07-08 | 超音波による気体流量測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS629224A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02226015A (ja) * | 1989-02-27 | 1990-09-07 | Marine Instr Co Ltd | ２方向交差型超音波流量計 |
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| US5597962A (en) * | 1995-03-31 | 1997-01-28 | Caldon, Inc. | Apparatus for determining fluid flow |
| KR100460258B1 (ko) * | 2001-10-16 | 2004-12-08 | 인터내셔날하이드로손닉 주식회사 | 초음파 유량측정 방법 및 장치 |
| WO2008056745A1 (fr) * | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Panasonic Corporation | Dispositif de mesure de fluide à ultrasons |
| JP2012509460A (ja) * | 2008-11-17 | 2012-04-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 超音波流量計 |
| WO2014148081A1 (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | アズビル株式会社 | 超音波流量計、流体速度測定方法、および流体速度測定プログラム |
-
1985
- 1985-07-08 JP JP60149500A patent/JPS629224A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008122106A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波式流体計測装置 |
| WO2008056745A1 (fr) * | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Panasonic Corporation | Dispositif de mesure de fluide à ultrasons |
| EP2080996A4 (en) * | 2006-11-08 | 2009-11-18 | Panasonic Corp | ULTRASONIC FLUID MEASURING DEVICE |
| JP4579220B2 (ja) * | 2006-11-08 | 2010-11-10 | パナソニック株式会社 | 超音波式流体計測装置 |
| US7980142B2 (en) | 2006-11-08 | 2011-07-19 | Panasonic Corporation | Ultrasonic flow rate measuring device having a plurality of ultrasonic flow rate sensors |
| JP2012509460A (ja) * | 2008-11-17 | 2012-04-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 超音波流量計 |
| WO2014148081A1 (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | アズビル株式会社 | 超音波流量計、流体速度測定方法、および流体速度測定プログラム |
| JP2014182097A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Azbil Corp | 超音波流量計、流体速度測定方法、および流体速度測定プログラム |
| US9618371B2 (en) | 2013-03-21 | 2017-04-11 | Azbil Corporation | Ultrasonic flowmeter, flow velocity measurement method, and flow velocity measurement program |
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