JPWO2005064287A1 - 超音波流量計、流量計測方法およびコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図4は、測定線を分割してとらえ、流速を算出した状態をモデル的に示したものである。
現在は、トランスジューサ20の端面からくさび内通過時間、配管内通過時間、および非測定流体内通過時間を、それぞれの幾何学形状および音速を用いて、内壁面の位置を算出している。
この図から明らかなように、流体配管の内壁に近い測定点は流速の変化が大きいため、内壁の位置の特定を誤ると、最終的な流量の算出に大きな誤差が生じてしまう。
流体配管の内壁の位置(=トランスジューサーからの距離を正確に算出すること)の計算を困難にしている要因は、トランスジューサの個体差、超音波受信回路の個体差(使われているコンデンサー等による遅延の個体差)が想定される。しかし、ばらつきの存在理由を解明したり、ばらつきの原因を除去することによって解消しようとすることは現実的ではない。
請求項1から請求項3に記載の発明の目的は、超音波流量計において、流速分布の算出結果から内壁位置を特定する際の特定誤差を低減することによって、より正確な流量を計測する超音波流量計を提供することにある。
請求項4から請求項5に記載の発明の目的は、超音波流量計において、流速分布の算出結果から内壁位置を特定する際の特定誤差を低減することによって、より正確な流量を計測する流量計測方法を提供することにある。
請求項6から請求項7に記載の発明の目的は、超音波流量計において、流速分布の算出結果から内壁位置を特定する際の特定誤差を低減することによって、より正確な流量を計測する超音波流量計に実行させることとしたコンピュータプログラムを提供することにある。
請求項1記載の発明は、 所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計に係る。
そして、前記の流体速度分布測定手段は、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手段と、 そのグラフ出力手段にて出力された流速分布グラフから、変曲点を算出することによって内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手段と備え、 前記の流量演算手段は、前記内壁位置算出手段が算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を測定することを特徴とする。
上記の超音波流量計には、一般のドップラ式超音波流量計と、相関法を用いた超音波流量計とを含む。相関法を用いた超音波流量計とは、例えば、特開2003−344131号に開示されているような超音波流量計である。
両者とも、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する。
流体速度分布測定手段においては、測定線に係る流体配管の内径方向と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフをグラフ出力手段が出力させる。そのグラフ出力手段にて出力された流速分布グラフから、内壁位置算出手段が変曲点を算出することによって内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する。内壁位置算出手段が算出した内壁の位置に基づいて流量演算手段が積分演算をし、被測定流体の流量を算出することとなる。
内壁位置を正確に特定することにより、最終的な流量の算出誤差を低減させることができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の超音波流量計を限定したものである。
すなわち、前記の流体速度分布測定手段には、内壁位置算出手段が算出した内壁の位置を手動入力によって微調整することが可能な微調整入力データ受信手段を備えたことを特徴とする。
内壁位置算出手段による自動算出の結果に対して、経験的な補正をする手段として「微調整入力データ受信手段」を備えたものである。例えば、内壁位置算出手段が算出した内壁の位置を縦軸として画面出力し、その縦軸をカーソルキーにて左右に移動させたり、移動後にリターンキーによって確定させたりする機能を併せ持つこととするのである。
内壁位置算出手段による自動算出の結果に対して、経験的な判断から更なる補正をすることができるようにした。このにより、経験を踏まえた正確な内壁位置の特定が可能となり、最終的な流量の算出誤差を低減させることに寄与する。
請求項3記載の発明は、以下のような構成をなす。
すなわち、流体速度分布測定手段は、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手段と、 内径方向の軸に対して内壁の位置に関する手動入力データを受け付ける手動入力データ受信手段と、 内壁の位置を算出する内壁位置算出手段と備える。 そして前記の流量演算手段は、前記内壁位置算出手段が算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を測定することとしたものである。
請求項3は、請求項1や請求項2と異なり、内壁位置の算出を自動的に行わず、手動入力データを受け付けることによって内壁位置とし、流量の演算を行うものである。
請求項4記載の発明は、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を用いた流量計測方法に係る。
すなわち、前記の流体速度分布測定手段によって、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手順と、 内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、 前記の流量演算手段によって、前記内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを実行する流量計測方法である。
請求項5記載の発明もまた、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を用いた流量計測方法に係る。
すなわち、前記の流体速度分布測定手段によって、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手順と、 内径方向の軸に対して内壁の位置に関する手動入力データを受け付ける手動入力データ受信手順と、 その手動入力データ受信手順にて受け付けた手動入力データに基づいて内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、 前記の流量演算手段によって、前記内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを実行する流量計測方法である。
請求項6記載の発明は、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を制御するプログラムに係る。
そのプログラムは、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを前記の流体速度分布測定手段に出力させるグラフ出力手順と、 そのグラフ出力手順にて出力された流速分布グラフから、変曲点を算出することによって内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、 前記の内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを超音波流量計に実行させることとしたコンピュータプログラムである。
請求項7記載の発明もまた、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を制御するプログラムに係る。
そのプログラムは、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを前記の流体速度分布測定手段に出力させるグラフ出力手順と、 内径方向の軸に対して内壁の位置に関する手動入力データを受け付ける手動入力データ受信手順と、 内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、 前記の内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを超音波流量計に実行させることとしたコンピュータプログラムである。
また、これらの発明に係るプログラムを格納したコンピュータから、通信回線を通じて他のコンピュータへ伝送することも可能である。
なお、汎用的なコンピュータを備えた超音波流量計に対して、上記のような各手段を達成可能であるようなプログラムをプリインストール、あるいはダウンロードすることで、請求項1等に係る機能を備えた超音波流量計を形成することも可能である。
請求項4から請求項5に記載の発明によれば、超音波流量計において、流速分布の算出結果から内壁位置を特定する際の特定誤差を低減することによって、より正確な流量を計測する流量計測方法を提供することができた。
請求項6から請求項7に記載の発明によれば、超音波流量計において、流速分布の算出結果から内壁位置を特定する際の特定誤差を低減することによって、より正確な流量を計測する超音波流量計に実行させることとしたコンピュータプログラムを提供することができた。
(図1)
図1は、被測定流体が流れる流体配管の流量を計測するための超音波流量計において、被測定流体に入射された超音波パルスの測定領域から反射された超音波エコーを受信する受信機を兼ねた超音波送受信手段(トランスジューサ)を備える。
もちろん、補正の必要がないと測定者が判断すれば、補正データの入力は行わなくてよい。ただし、補正データの入力は不要である旨を内壁位置算出手段へ入力する必要がある。
本実施形態に係る超音波流量計は、測定領域の流速分布を時間依存で求めることができるので、被測定流体の流量を定常状態、非定常状態如何を問わず、正確に精度よく求めることができる。また、内壁位置算出手段によって、仮の内壁位置を自動算出し、更に、測定者の経験などをふまえた補正を加味することができるので、内壁位置の算出に伴う測定誤差の抑制に寄与する。
図2に示す実施形態は、図1にて用いていた「内壁位置算出手段」における自動算出を省略し、測定者によるデータ入力によって内壁位置を決定するものである。何らかの事情によって測定点が少なくなってしまい、流速分布を補間などの手法によって連続曲線とできないような場合にも対応できる。ただし、本実施形態の場合には、測定者らによる内壁位置のデータ入力が必須であり、これがないと、最終的な流量算出が行えない。
なお、自動算出を省略することによって装置全体の簡素化、コストダウンに寄与するというメリットがある。
また、超音波流量計の製造業のほか、超音波流量計取り付け業、メンテナンス業においても用いられる。
Claims (7)
- 所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計であって、
前記の流体速度分布測定手段は、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手段と、
そのグラフ出力手段にて出力された流速分布グラフから、変曲点を算出することによって内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手段と備え、
前記の流量演算手段は、前記内壁位置算出手段が算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を測定することとした超音波流量計。 - 前記の流体速度分布測定手段には、内壁位置算出手段が算出した内壁の位置を手動入力によって微調整することが可能な微調整入力データ受信手段を備えた請求項1記載の超音波流量計。
- 所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計であって、
前記の流体速度分布測定手段は、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手段と、
内径方向の軸に対して内壁の位置に関する手動入力データを受け付ける手動入力データ受信手段と、
その手動入力データ受信手段が受け付けた手動入力データに基づいて内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手段と備え、
前記の流量演算手段は、前記内壁位置算出手段が算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を測定することとした超音波流量計。 - 所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を用いた流量計測方法であって、
前記の流体速度分布測定手段によって、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手順と、
内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、
前記の流量演算手段によって、前記内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを備えたことを特徴とする流量計測方法。 - 所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を用いた流量計測方法であって、
前記の流体速度分布測定手段によって、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを出力させるグラフ出力手順と、
内径方向の軸に対して内壁の位置に関する手動入力データを受け付ける手動入力データ受信手順と、
その手動入力データ受信手順にて受け付けた手動入力データに基づいて内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、
前記の流量演算手段によって、前記内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを備えたことを特徴とする流量計測方法。 - 所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を制御するプログラムであって、
そのプログラムは、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを前記の流体速度分布測定手段に出力させるグラフ出力手順と、
そのグラフ出力手順にて出力された流速分布グラフから、変曲点を算出することによって内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、
前記の内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを超音波流量計に実行させることとしたコンピュータプログラム。 - 所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、 被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、 前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計を制御するプログラムであって、
そのプログラムは、前記測定線に係る流体配管の内径方向位置と、その内径方向に対応する流体速度と二軸として流速分布を表す流速分布グラフを前記の流体速度分布測定手段に出力させるグラフ出力手順と、
内径方向の軸に対して内壁の位置に関する手動入力データを受け付ける手動入力データ受信手順と、
内径方向の軸に対して内壁の位置を算出する内壁位置算出手順と、
前記の内壁位置算出手順にて算出した内壁の位置に基づく積分演算に基づいて被測定流体の流量を演算する流量演算手順とを超音波流量計に実行させることとしたコンピュータプログラム。
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