JPWO2013051272A1

JPWO2013051272A1 - 流量計測装置の設定方法

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Publication number: JPWO2013051272A1
Application number: JP2013537419A
Authority: JP
Inventors: 竹村　晃一; 晃一竹村; 佐藤　真人; 真人佐藤; 葵渡辺; 尾崎　行則; 行則尾崎; 宮田　肇; 肇宮田; 藤井　裕史; 裕史藤井
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2015-03-30
Also published as: WO2013051272A1

Abstract

本発明に係る流量計測装置の設定方法は、矩形断面を有する主流路（２）と、主流路（２）内に複数の仕切板を層状に配置することにより形成された複数の流路と、複数の流路の内の一部の流路である計測流路（８）の上流部分と下流部分に配置された一対の超音波送受波器（１１、１２）と、一対の超音波送受波器（１１、１２）間での超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段（２０）と、計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段（２１）と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、主流路（２）の入口部（３２）の流速分布から測定流量域の全域の補正係数を予測するステップ（Ａ）と、補正係数が測定流量域の全域で一定となるように、ステップ（Ａ）で予測した補正係数を基に流路の仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｂ）と、を備える。

Description

本発明は、流量計測装置の設定方法に関するものである。

流量計測装置は、計測流路を通流する流体の流量を計測する装置である。このような流量計測装置として、計測流路を複数の隔壁を並行に配置して、多層流路とし、多層流路の一部の流路の流速を超音波センサで計測する装置が知られている。

ところで、多層流路を通流する流体は、各流路で流速が異なる。このため、流体の平均流速の計測精度を向上させることを目的として、計測流路を５枚の仕切板で分割して、６つの扁平流路を積層形成し、積層方向に沿った中心に対して偏芯した第５の扁平流路の流速を計測する超音波式流体計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１に開示されている超音波式流体計測装置の計測部を模式的に示す断面図である。

図１０に示すように、特許文献１に開示されている超音波式流体計測装置１００では、計測流路１０１が、第１〜第５の仕切板１０２〜１０６により、第１〜第６の扁平流路１０７〜１１２に分割されている。そして、第５の扁平流路１１１の上流側には、第１の送受波器１１３が配置されており、第５の扁平流路１１１の下流側には、第２の送受波器１１４が配置されている。

また、図１０に示すように、特許文献１に開示されている超音波式流体計測装置１００では、仕切板１０２〜１０６の積層方向の中心側に位置する扁平流路１０９、１１０を通流する流体の方が、計測流路１０１の端部に位置する扁平流路１０７、１１２を通流する流体よりも流速が大きくなっている（流速Ａ〜Ｆ）。

このため、特許文献１に開示されている超音波式流体計測装置１００では、最高速となりやすい中央寄りの扁平流路を外した扁平流路の流速を計測することで、平均流速に近い値を計測できるとしている。

特許第４５７９２１４号公報

しかしながら、計測流路１０１内の流速分布は、第１〜第６の扁平流路１０７〜１１２に入る前の流速分布に左右されるものであり、必ずしも特許文献１に記載されているように、中央寄りの扁平流路が最高速になるとは限らない。このため、特許文献１に開示されている超音波式流体計測装置１００では、図１０に示すような流速分布にならない場合は、平均流速を捉えられず、正しい流速、さらには、正しい流量値を得ることができないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、流路の構成を適切に設定することで、複数の流路のうち、測定対象となる流路の流速が平均流速にすることができる、流量計測装置の設定方法の提供を目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明に係る流量計測装置の設定方法は、矩形断面を有し、流体が通流する主流路と、前記主流路内に複数の仕切板を互いに間隔をあけて層状に配置することにより形成された複数の流路と、前記複数の流路の内の一部の流路である計測流路内の上流部分と下流部分に配置され、超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、前記一対の超音波送受波器間での前記超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段と、前記伝搬時間測定手段で測定された伝播時間から求めた流速を基に演算された計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、前記主流路の入口部の流速分布を取得し、前記流速分布から測定流量域の全域にわたる前記補正係数を予測するステップ（Ａ）と、前記補正係数が前記測定流量域の全域で一定となるように、前記ステップ（Ａ）で予測した前記補正係数を基に前記流路の前記仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｂ）と、を備える。

これにより、計測流路における平均流速を、主流路全体の平均流速と一致させることができる。このため、計測流路の流速から主流路の流量を求める際に用いる補正係数を計測流量範囲全域にわたり、一定にすることができ、精度のよい流量計測をすることができる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明に係る流量計測装置の設定方法によれば、計測流路における平均流速を、主流路全体の平均流速と一致させることができ、主流路の流量の計測精度を向上させることが可能となる。

図１は、本実施の形態１に係る流量計測装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すＡＡ´線で切断した流量計測装置の断面図である。図３は、本実施の形態１に係る流量計測装置を組込んだガスメータの概略構成を示す断面図である。図４Ａは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図である。図４Ｂは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図である。図５は、本実施の形態１における流体の流量と補正係数の関係を模式的に示すグラフである。図６Ａは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図である。図６Ｂは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図である。図７は、本実施の形態２における流体の流量と補正係数の関係を模式的に示すグラフである。図８Ａは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図である。図８Ｂは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図である。図９は、本実施の形態３における流体の流量と補正係数の関係を模式的に示すグラフである図１０は、特許文献１に開示されている超音波式流体計測装置の計測部を模式的に示す断面図である。

本発明に係る流量計測装置の設定方法は、矩形断面を有し、流体が通流する主流路と、主流路内に複数の仕切板を互いに間隔をあけて層状に配置することにより形成された複数の流路と、複数の流路の内の一部の流路である計測流路内の上流部分と下流部分に配置され、超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、一対の超音波送受波器間での超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段と、伝搬時間測定手段で測定された伝播時間から求めた流速を基に演算された計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、主流路の入口部の流速分布を取得し、流速分布から測定流量域の全域にわたる補正係数を予測するステップ（Ａ）と、補正係数が測定流量域の全域で一定となるように、ステップ（Ａ）で予測した補正係数を基に流路の仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｂ）と、を備える。

これにより、補正係数が一定となるため、計測した流量から実際の全体流量を算出するにあたり、計測流量域の全域にわたり、精度のよい値を得ることができる。

また、本発明に係る流量計測装置の設定方法では、ステップ（Ｂ）は、ステップ（Ａ）で予測した補正係数が測定流量域の大流量域に比べ低流量域において小さくなる場合は、計測流路の仕切板の積層方向の長さが小さくなるように設定し、ステップ（Ａ）で予測した補正係数が測定流量域の大流量域に比べ低流量域において大きくなる場合は、計測流路の仕切板の積層方向の長さが大きくなるように設定してもよい。

また、本発明に係る流量計測装置の設定方法は、矩形断面を有し、流体が通流する主流路と、主流路内に複数の仕切板を互いに間隔をあけて層状に配置することにより形成された複数の流路と、複数の流路の内の一部の流路である計測流路内の上流部分と下流部分に配置され、超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、一対の超音波送受波器間での超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段と、伝搬時間測定手段で測定された伝播時間から求めた流速を基に演算された計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、主流路の入口部の流速分布を取得し、流速分布から計測流路の平均流速と流路全体の平均流速を予測するステップ（Ｃ）と、計測流路の平均流速と流路全体の平均流速が同一となるように、ステップ（Ｃ）で予測した計測流路の平均流速と流路全体の平均流速を基に流路の仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｄ）と、を備える。

また、本発明に係る流量計測装置の設定方法では、ステップ（Ｄ）は、ステップ（Ｃ）で予測した計測流路の平均流速がステップ（Ｃ）で予測した流路全体の平均流速に比べて大きい場合は、計測流路の仕切板の積層方向の長さが小さくなるように設定し、ステップ（Ｃ）で予測した計測流路の平均流速がステップ（Ｃ）で予測した流路全体の平均流速に比べて小さい場合は、計測流路の仕切板の積層方向の長さが大きくなるように設定してもよい。

また、本発明に係る流量計測装置の設定方法は、矩形断面を有し、流体が通流する主流路と、主流路内に複数の仕切板を互いに間隔をあけて層状に配置することにより形成された複数の流路と、複数の流路の内の一部の流路である計測流路内の上流部分と下流部分に配置され、超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、一対の超音波送受波器間での超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段と、伝搬時間測定手段で測定された伝播時間から求めた流速を基に演算された計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、主流路の入口部の流速分布を取得し、流速分布から計測流路の平均流量と計測流路以外の流路の平均流量を予測するステップ（Ｅ）と、計測流路の平均流量と計測流路以外の流路の平均流量が同一となるように、ステップ（Ｅ）で予測した計測流路の平均流量と計測流路以外の流路の平均流量を基に流路の仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｆ）と、を備える。

さらに、本発明に係る流量計測装置の設定方法では、ステップ（Ｆ）は、ステップ（Ｅ）で予測した計測流路の平均流量がステップ（Ｅ）で予測した計測流路以外の流路の平均流量より大きい場合は、計測流路の仕切板の積層方向の長さが小さくなるように設定し、ステップ（Ｅ）で予測した計測流路の平均流量がステップ（Ｅ）で予測した計測流路以外の流路の平均流量より小さい場合は計測流路の仕切板の積層方向の長さが大きくなるように設定してもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
［ガスメータの構成］
以下では、本実施の形態１に係る流量計測装置をガスメータに組込んだ事例について、説明する。

図３は、本実施の形態１に係る流量計測装置を組込んだガスメータの概略構成を示す断面図である。なお、図３においては、ガスメータの上下方向を図における上下方向として表している。

図３に示すように、本実施の形態１に係る流量計測装置１が組み込まれたガスメータ２２は、直方体形状の筐体２３及び遮断機構２８を備えている。筐体２３の上部には、該筐体２３内外を連通する流入部２４及び流出部２５が設けられている。遮断機構２８は、流体（ガス）が通流する流路管３５と流路管３５内のガスの通流を遮断する遮断弁３６を有している。

流入部２４には、筐体２３の外側から流入パイプ２６が接続されており、流出部２５には、筐体２３の外側から流出パイプ２７が接続されている。これにより、流入パイプ２６からガスメータ２２（筐体２３）内にガスが流入し、ガスメータ２２内のガスが流出パイプ２７に流出する。

筐体２３の内部において、流入部２４には、遮断機構２８が接続されている。具体的には、流路管３５の入口端２９が流入部２４に接続され、流路管３５の出口端３０は、筐体２３の内部に開放されている。遮断弁３６は、流路管３５を塞ぐための弁体と、該弁体を駆動するステッピングモータと、で構成されていてもよい。なお、このような遮断弁３６は、周知であるため、その詳細な説明は省略する。

また、上述したように、筐体２３の内部には、流量計測装置１が配置されている。流量計測装置１は、入口部３２と出口部３３を有しており、入口部３２は筐体２３の内部に開放されており、出口部３３は接続管３４を介して流出部２５に接続されている。

具体的には、流量計測装置１は、筐体２３の下部の中央に配置されている。流量計測装置１の入口部３２は、筐体２３の流入部２４側の側面と対向するように配置されており、出口部３３は、筐体２３の流出部２５側の側面と対向するように配置されている。また、接続管３４は、Ｌ字状に形成されており、出口部３３と流出部２５を接続している。なお、流量計測装置１の具体的構成については、後述する。

［ガスメータの動作］
次に、このように構成されたガスメータ２２の動作について、説明する。

まず、流入パイプ２６を通流するガスが、流入部２４を介して、流路管３５の入口端２９から流路管３５内に流入する、流路管３５内に流入したガスは、出口端３０より筐体２３の内部空間に放出される。

出口端３０より筐体２３内に放出されたガスは、概ね矢印Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３の順に筐体内を流れ、流量計測装置１の入口部３２から、流量計測装置１内に流入する。流量計測装置１内に流入したガスは、出口部３３から接続管３４を通流して、流出パイプ２７に流出する。そして、流量計測装置１では、該流量計測装置１内を通流するガスの流量が計測される。

［流量計測装置の構成］
図１は、本実施の形態１に係る流量計測装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示すＡＡ´線で切断した流量計測装置の断面図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る流量計測装置１は、流体が通流する矩形断面の筒状の主流路２、複数の流路６〜９、一対の超音波送受波器１１、１２（図２参照）、計測回路（伝播時間測定手段）２０、及び演算回路（流量演算手段）２１を備えている。

主流路２には、第１の仕切板３、第２の仕切板４、及び第３の仕切板５が、それぞれの主面が、流体の通流方向と平行するように（層状に）間隔をあけて配置されている。主流路２は、これらの仕切板３〜５により、第１の流路６、第２の流路７、第３の流路８、及び第４の流路９に分割されている。

また、第３の流路８の上部には、超音波送受波器保持部１０が配設されている。なお、本実施の形態１においては、第３の流路８を計測流路と定め、ここを通流する流体の流量計測を行うように構成しているが、これに限定されない。他の流路を通流する流体の流量計測を行うように構成してもよい。さらに、１の流路のみを流量計測を行う対象とする必要はなく、複数の流路を流量計測を行う対象としてもよい。以下においては、第３の流路８を計測流路８と称する場合がある。

次に、図２を参照しながら、超音波送受波器保持部１０について、説明する。

図２に示すように、超音波送受波器保持部１０は、第１の超音波送受波器１１及び第２の超音波送受波器１２から構成される一対の超音波送受波器と、第１の保持部１３と、第２の保持部１４と、を備えている。超音波送受波器保持部１０における流体の通流方向の上流側には、第１の保持部１３が設けられており、その下流側には、第２の保持部１４が設けられている。

第１の超音波送受波器１１は、第１の保持部１３に保持されていて、第２の超音波送受波器１２は、第２の保持部１４に保持されている。第１の超音波送受波器１１及び第２の超音波送受波器１２は、相互に超音波を送受信するように構成されている。

また、計測流路８は上面１５及び下面１６を有している。上面１５には、第１の超音波透過窓１７及び第２の超音波透過窓１８が設けられている。また、下面１６は、超音波の反射面として作用するように構成されている。

そして、図２の矢印Ｐ１及びＰ２で示すように、第１の超音波送受波器１１から送信された超音波は、第１の超音波透過窓１７を通過し、計測流路８を横切るように伝搬し、計測流路８の下面１６で反射して、第２の超音波透過窓１８を通過して、第２の超音波送受波器１２で受信される。

一方、第２の超音波送受波器１２から送信された超音波は、第２の超音波透過窓１８を通過し、計測流路８を横切るように伝搬し、計測流路８の下面１６で反射して、第１の超音波透過窓１７を通過して、第１の超音波送受波器１１で受信される。なお、超音波の伝搬経路の有効長さは、第１の超音波送受波器１１から第２の超音波送受波器１２へ超音波が伝搬する場合と、その逆向きに伝搬する場合と、で同一になっている。

第１の超音波送受波器１１及び第２の超音波送受波器１２は、超音波を受信したことを計測回路２０に出力する。計測回路２０では、第１の超音波送受波器１１及び第２の超音波送受波器１２が、それぞれ、超音波を出力してから、受信するまでの時間を計測し、計測した時間を演算回路２１に出力する。演算回路２１では、計測回路２０で計測された時間から計測流路８を通流する流体の流速を算出する。

次に、超音波による流量計測に関して、図２を参照しながら、さらに詳細に説明する。

計測流路８を流れる流体の流速をＶ、流体中の音速をＣ、流体の流れる方向と超音波が下面１６で反射するまでの超音波伝搬方向とのなす角度をθとする。また、第１の超音波送受波器１１と第２の超音波送受波器１２との間で伝搬する超音波の伝搬経路の有効長さをＬとする。このとき、第１の超音波送受波器１１から出た超音波が、第２の超音波送受波器１２に到達するまでの伝搬時間ｔ１は、式（１）で示される。

ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）・・・（１）
一方、第２の超音波送受波器１２から出た超音波が、第１の超音波送受波器１１に到達するまでの伝搬時間ｔ２は、式（２）で示される。

ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）・・・（２）
式（１）と式（２）から流体の音速Ｃを消去すると、式（３）が得られる。

Ｖ＝Ｌ／［２ｃｏｓθ｛（１／ｔ１）−（１／ｔ２）｝］・・・（３）
式（３）にて分るように、Ｌとθが既知なら、計測回路２０にて計測された伝搬時間ｔ１及びｔ２を用いて、流速Ｖが求められる。

そして、式（４）に示すように、流速Ｖに主流路２の断面積Ｓを乗じて、主流路２全体の流量Ｑを算出することができる。

Ｑ＝Ｖ × Ｓ・・・（４）
しかしながら、一般的には、計測流路８の流速Ｖは主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅとは異なるため、実際の流量Ｑｔは式（５）に示すように、流量Ｑに補正係数ｋを乗じて求める。

Ｑｔ＝ｋ × Ｑ・・・（５）
ここで、計測流路８における流体の流速が、流量計測装置１全体の平均流速を示すような構成になっていれば、補正係数が１に近く一定となり、精度の良い流量計測を行うことができる。

しかしながら、実際には、図３に示すガスメータ２２の構成から分かるように、流量計測装置１が、筐体２３内において、どのように配置されるかにより、入口部３２より流入する流体の流速分布が異なる。より詳細には、筐体２３の形状及び容量、遮断機構２８の出口端３０の配置位置、流量計測装置１（入口部３２）の配置位置、及び接続管３４の形状により、流量計測装置１の入口部３２に流入する流体の流速分布が変動する。

そこで、本実施の形態１に係る流量計測装置１では、計測流路８における流速が平均流速を示すように、以下のように流路における仕切板の積層方向の長さを設定する。なお、本実施の形態１においては、入口部３２より流入する流体が、主流路２の端部（主流路２の横断面の外縁部分）に比して内部（主流路２の横断面の中央部分）の方が大きい場合に、流路における仕切板の積層方向の長さの設定方法について説明する。

［流量計測装置の設定方法］
図４Ａ及び図４Ｂは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図であり、入口部の流速分布が、主流路の端部側に比して内部側の方が大きい場合を示す。図４Ａでは、流路における仕切板の積層方向の長さが均等である場合の流速分布を示している。また、図４Ｂでは、流路における仕切板の積層方向の長さを適切に設定した場合の流速分布を示している。さらに、図５は、本実施の形態１における流体の流量と補正係数の関係を模式的に示すグラフである。なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、第１の超音波送受波器１１及び第２の超音波送受波器１２の位置を仮想的に示している。

まず、流体の流れが、層流状態の場合（流量（流速）が小さい場合；流量計測装置１で測定される流体の流量が最小値である場合）について、説明する。

上述したように、図４Ａに示す主流路２は、第１〜第４の流路６、７、８、及び９における仕切板の積層方向の長さが均等である。すなわち、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４となるように、第１〜第４の流路６、７、８、及び９が形成されている。

そして、入口部３２の流速分布は、主流路２の端部側に比して内部側の方が大きいため、主流路２内における流速分布も主流路２の端部に比して内部の方が大きくなる。このため、主流路２の端部側に位置する第１の流路６の平均流速Ｖ１及び第４の流路９の平均流速Ｖ４に比して、第２の流路７の平均流速Ｖ２及び計測流路（第３の流路）８の平均流速Ｖ３の方が、大きくなる。換言すると、計測流路８を通流する流体の流量は、計測流路８以外の流路（第１の流路６、第２の流路７、及び第４の流路９）を通流する流体の平均流量よりも大きくなる。

このときの主流路２全体の平均流速をＶａｖｅで表すと、計測流路８における平均流速Ｖ３と、主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅとの関係は、式（６）のようになる。

Ｖ３＞Ｖａｖｅ・・・（６）
したがって、本実施の形態１においては、流体の流れが、層流状態の場合（流量（流速）が小さい場合）には、式（５）における補正係数ｋは、１より小さくなる。

次に、流体の流れが、乱流状態の場合（流量（流速）が大きい場合）について、説明する。

流体の流れが、乱流状態の場合（流量（流速）が大きい場合）には、流体が流れる際の流路抵抗が大きくなるため、第１〜第４の流路６、７、８、及び９内の流速分布は比較的均一になる。このため、計測流路８における平均流速Ｖ３と、主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅとの関係は、式（７）のようになる。

Ｖ３ ≒ Ｖａｖｅ・・・（７）
したがって、本実施の形態１においては、流体の流れが、乱流状態の場合（流量（流速）が大きい場合）には、式（５）における補正係数ｋは、１に近くなる。

そして、図５の点線ａに示すように、流体の流れが層流状態から乱流状態に推移する過程においては、補正係数ｋは、これらの値を結ぶように変化する。したがって、図５の点線ａで示すように、補正係数ｋは測定流量域の全域（流量計測装置１で測定される流体の流量の最小値から最大値の間の領域）にわたり、一定にならない。

一方、上述したように、流体の流れが層流状態の場合には、補正係数ｋが１より小さいが、乱流状態の場合には、補正係数ｋが１に近くなる。このため、本発明者等は、流体の流れが、層流状態の場合であっても、計測流路８における仕切板の積層方向の長さを小さくすることで、補正係数ｋを１に近づけることができ、その結果、測定流量域の全域で、補正係数ｋを１に近くすることができることを見出した。

より詳細には、流体の流れが層流状態の場合には、計測流路８における仕切板の積層方向の長さを小さくすることで、計測流路８の流体抵抗を大きくし、計測流路８の平均流速Ｖ３（計測流路８を通流する流体の流量）を小さくすることができる。このため、計測流路８における平均流速Ｖ３と主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅを同一にすることができる。また、計測流路８を通流する流体の流量と、計測流路８以外の流路（第１の流路６、第２の流路７、及び第４の流路９）を通流する流体の平均流量と、を同一にすることができる。

一方、流体の流れが乱流状態の場合には、流路抵抗が大きいため、計測流路８における仕切板の積層方向の長さを小さくしても、第１〜第４の流路６、７、８、及び９内の流速分布の変動は少なく、補正係数ｋは、１に近い値となる。

具体的には、本実施の形態１においては、図４Ｂに示すように、流速の大きい流路（ここでは、第２の流路７及び計測流路８）における仕切板の積層方向の長さを小さくし、流速の小さい流路（ここでは、第１の流路６及び第４の流路９）における仕切板の積層方向の長さを大きくなるように設定している。

換言すれば、第１〜第４の流路６、７、８、及び９の平均流速が、主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅになるように、各流路における仕切板の積層方向の長さｈ１’、ｈ２’、ｈ３’、及びｈ４’を定めている。

これにより、計測流路８の平均流速Ｖ３を主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅと同じにすることができ、流量測定範囲の全域（Ｑｍｉｎ〜Ｑｍａｘ）にわたり、補正係数ｋを一定（ここでは、１）にすることができる（図５の実線ｂ参照）。また、計測流路８を通流する流体の流量と、計測流路８以外の流路（第１の流路６、第２の流路７、及び第４の流路９）を通流する流体の平均流量と、を同一にすることができる。

なお、本実施の形態１においては、計測流路８以外の流路における仕切板の積層方向の長さを異なるように設定したが、これに限定されない。補正係数ｋを測定流量域の全域で一定にすることができれば、計測流路８以外の各流路における仕切板の積層方向の長さを一定に設定してもよい。

このように、本実施の形態１に係る流量計測装置１では、入口部３２に流入する流速分布を筐体２３内における流量計測装置１（入口部３２）の配置位置等により、実験又はシミュレーション等で予め予測（取得）し、内側にある計測流路８の平均流速が外側の流路より大きいと想定される場合には、内側にある計測流路８における仕切板の積層方向の長さを、外側の流路に比して相対的に小さくすることにより、計測流路８で、主流路２全体の平均流速を捉えることができるようになる。

これにより、補正係数ｋの一定化が図られ、流量計測精度の確保を保証することができる。

（実施の形態２）
［流量計測装置の設定方法］
本実施の形態２は、実施の形態１に係る流量計測装置１の入口部３２に流入する流速分布とは異なる流速分布である場合における、流量計測装置の設定方法について説明する。なお、本実施の形態２に係る流量計測装置１は、実施の形態１に係る流量計測装置１と基本的構成は同じであるため、構成の詳細な説明は省略する。

図６Ａ及び図６Ｂは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図であり、入口部の流速分布が、主流路の端部の方が内部に比して大きい場合を示す。図６Ａでは、流路における仕切板の積層方向の長さが均等である場合の流速分布を示している。また、図６Ｂでは、流路における仕切板の積層方向の長さを適切に設定した場合の流速分布を示している。さらに、図７は、本実施の形態２における流体の流量と補正係数の関係を模式的に示すグラフである。なお、図６Ａ及び図６Ｂでは、第１の超音波送受波器１１及び第２の超音波送受波器１２の位置を仮想的に示している。

上述したように、図６Ａに示す主流路２は、第１〜第４の流路６、７、８、及び９における仕切板の積層方向の長さが均等である。すなわち、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４となるように、第１〜第４の流路６、７、８、及び９が形成されている。

そして、入口部３２の流速分布は、主流路２の内部側に比して端部側の方が大きいため、主流路２内における流速分布も主流路２の内部側に比して端部側の方が大きくなる。このため、主流路２の内部側に位置する第２の流路７の平均流速Ｖ２及び計測流路（第３の流路）８の平均流速Ｖ３に比して、第１の流路６の平均流速Ｖ１及び第４の流路９の平均流速Ｖ４の方が、大きくなる。換言すると、計測流路８を通流する流体の流量は、計測流路８以外の流路（第１の流路６、第２の流路７、及び第４の流路９）を通流する流体の平均流量よりも小さくなる。

このときの主流路２全体の平均流速をＶａｖｅで表すと、計測流路８における平均流速Ｖ３と、主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅとの関係は、式（８）のようになる。

Ｖ３＜Ｖａｖｅ・・・（６）
したがって、本実施の形態２においては、流体の流れが、層流状態の場合（流量（流速）が小さい場合）には、式（５）における補正係数ｋは、１より大きくなる。

流体の流れが、乱流状態の場合（流量（流速）が大きい場合）には、流路抵抗が大きくなるため、実施の形態１と同様に、第１〜第４の流路６、７、８、及び９内の流速分布は比較的均一になる。このため、本実施の形態２においても、流体の流れが、乱流状態の場合（流量（流速）が大きい場合）には、式（５）における補正係数ｋは、１に近くなる。

そして、図７の点線ａに示すように、流体の流れが層流状態から乱流状態に推移する過程においては、補正係数ｋは、これらの値を結ぶように変化する。このため、図７の点線ａで示すように、補正係数ｋは測定流量域の全域にわたり、一定にならない。

そこで、本実施の形態２においては、図６Ｂに示すように、流速の大きい流路（ここでは、第１の流路６及び第４の流路９）における仕切板の積層方向の長さを小さくし、流速の小さい流路（ここでは、第２の流路７及び計測流路８）における仕切板の積層方向の長さを大きくなるように設定している。

これにより、計測流路８の平均流速Ｖ３を主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅと同じにすることができ、流量測定範囲の全域（Ｑｍｉｎ〜Ｑｍａｘ）にわたり、補正係数ｋを一定（ここでは、１）にすることができる（図７の実線ｂ参照）。また、計測流路８を通流する流体の流量と、計測流路８以外の流路（第１の流路６、第２の流路７、及び第４の流路９）を通流する流体の平均流量と、を同一にすることができる。

なお、本実施の形態２においては、計測流路８以外の流路における仕切板の積層方向の長さを異なるように設定したが、これに限定されない。補正係数ｋを測定流量域の全域で一定にすることができれば、計測流路８以外の各流路における仕切板の積層方向の長さを一定に設定してもよい。

このように、本実施の形態２に係る流量計測装置１では、入口部３２に流入する流速分布を筐体２３内における流量計測装置１（入口部３２）の配置位置等により、実験又はシミュレーション等で予め予測し、内側にある計測流路８の平均流速が外側の流路より小さいと想定される場合には、内側にある計測流路８における仕切板の積層方向の長さを、外側の流路に比して相対的に大きくすることにより、計測流路８で、主流路２全体の平均流速を捉えることができるようになる。

（実施の形態３）
［流量計測装置の設定方法］
本実施の形態３は、実施の形態１及び２に係る流量計測装置１の入口部３２に流入する流速分布とは異なる流速分布である場合における、流量計測装置の設定方法について説明する。なお、本実施の形態３に係る流量計測装置１は、実施の形態１に係る流量計測装置１と基本的構成は同じであるため、構成の詳細な説明は省略する。

図８Ａ及び図８Ｂは、図１に示す主流路のＢＢ´断面を示す模式図であり、入口部の流速分布が、いびつな場合を示す。図８Ａでは、流路における仕切板の積層方向の長さが均等である場合の流速分布を示している。また、図８Ｂでは、流路における仕切板の積層方向の長さを適切に設定した場合の流速分布を示している。さらに、図９は、本実施の形態３における流体の流量と補正係数の関係を模式的に示すグラフである。なお、図８Ａ及び図８Ｂでは、第１の超音波送受波器１１及び第２の超音波送受波器１２の位置を仮想的に示している。

上述したように、図８Ａに示す主流路２は、第１〜第４の流路６、７、８、及び９における仕切板の積層方向の長さが均等である。すなわち、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４となるように、第１〜第４の流路６、７、８、及び９が形成されている。

そして、入口部３２の流速分布がいびつなため、第１〜第４の流路６、７、８、及び９の流速分布は、図８に示すようになる。具体的には、第１の流路６の平均流速Ｖ１が最も小さく、計測流路（第３の流路）８の平均流速Ｖ３が最も大きい。また、第２の流路７の平均速度Ｖ２は、計測流路８の平均流速Ｖ３よりも小さく、第４の流路９の平均流速Ｖ４よりも大きい。さらに、第４の流路９の平均流速Ｖ４は、第１の流路６の平均流速Ｖ１よりも大きい。

このときの主流路２全体の平均流速をＶａｖｅで表すと、計測流路８における平均流速Ｖ３と、主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅとの関係は、式（９）のようになる。

Ｖ３＞Ｖａｖｅ・・・（９）
したがって、本実施の形態３においては、流体の流れが、層流状態の場合（流量（流速）が小さい場合）には、式（５）における補正係数ｋは、１より小さくなる。

一方、流体の流れが、乱流状態の場合（流量（流速）が大きい場合）には、実施の形態１及び２と同様に、式（５）における補正係数ｋは、１に近くなる。

そして、図９の点線ａに示すように、流体の流れが層流状態から乱流状態に推移する過程においては、補正係数ｋは、これらの値を結ぶように変化する。このため、図９の点線ａで示すように、補正係数ｋは測定流量域の全域にわたり、一定にならない。

そこで、本実施の形態３においては、図８Ｂに示すように、流速の大きい流路（ここでは、第２の流路７及び計測流路８）における仕切板の積層方向の長さを小さくし、流速の小さい流路（ここでは、第１の流路６及び第４の流路９）における仕切板の積層方向の長さを大きくなるように設定している。

これにより、計測流路８の平均流速Ｖ３を主流路２全体の平均流速Ｖａｖｅと同じにすることができ、流量測定範囲の全域（Ｑｍｉｎ〜Ｑｍａｘ）にわたり、補正係数ｋを一定（ここでは、１）にすることができる（図９の実線ｂ参照）。また、計測流路８を通流する流体の流量と、計測流路８以外の流路（第１の流路６、第２の流路７、及び第４の流路９）を通流する流体の平均流量と、を同一にすることができる。

なお、本実施の形態３においては、計測流路８以外の流路における仕切板の積層方向の長さを異なるように設定したが、これに限定されない。補正係数ｋを測定流量域の全域で一定にすることができれば、計測流路８以外の各流路における仕切板の積層方向の長さを一定に設定してもよい。

このように、本実施の形態３に係る流量計測装置１では、入口部３２に流入する流速分布を筐体２３内における流量計測装置１（入口部３２）の配置位置等により、実験又はシミュレーション等で予め予測し、予測した流速分布を基に補正係数ｋ等を予測する。そして、予測した補正係数ｋ等を基に、補正係数ｋが測定流量域の全域で一定になるように、計測流路８における仕切板の積層方向の長さを設定する。また、予測した補正係数ｋ等を基に、計測流路８以外の流路における仕切板の積層方向の長さを設定する。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明に係る流量計測装置の設定方法は、計測流路における平均流速を、主流路全体の平均流速と一致させることができ、主流路の流量の計測精度を向上させることができるため、有用である。

１流量計測装置
２主流路
３第１の仕切板
４第２の仕切板
５第３の仕切板
６第１の流路
７第２の流路
８計測流路（第３の流路）
９第４の流路
１０超音波送受波器保持部
１１第１の超音波送受波器
１２第２の超音波送受波器
１３第１の保持部
１４第２の保持部
１５上面
１６下面
１７第１の超音波透過窓
１８第２の超音波透過窓
２０計測回路（伝播時間測定手段）
２１演算回路（流量演算手段）
２２ガスメータ
２３筐体
２４流入部
２５流出部
２６流入パイプ
２７流出パイプ
２８遮断機構
２９入口端
３０出口端
３１流量計測部
３２入口部
３３出口部
３４接続管
３５流路管
３６遮断弁

Claims

矩形断面を有し、流体が通流する主流路と、
前記主流路内に複数の仕切板を互いに間隔をあけて層状に配置することにより形成された複数の流路と、
前記複数の流路の内の一部の流路である計測流路内の上流部分と下流部分に配置され、超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間での前記超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段で測定された伝播時間から求めた流速を基に演算された計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、
前記主流路の入口部の流速分布を取得し、前記流速分布から測定流量域の全域にわたる前記補正係数を予測するステップ（Ａ）と、
前記補正係数が前記測定流量域の全域で一定となるように、前記ステップ（Ａ）で予測した前記補正係数を基に前記流路の前記仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｂ）と、を備える、流量計測装置の設定方法。
前記ステップ（Ｂ）は、前記ステップ（Ａ）で予測した前記補正係数が前記測定流量域の大流量域に比べ低流量域において小さくなる場合は、前記計測流路の前記仕切板の積層方向の長さが小さくなるように設定し、前記ステップ（Ａ）で予測した補正係数が前記測定流量域の大流量域に比べ低流量域において大きくなる場合は、前記計測流路の前記仕切板の積層方向の長さが大きくなるように設定する、請求項１に記載の流量計測装置の設定方法。
矩形断面を有し、流体が通流する主流路と、
前記主流路内に複数の仕切板を互いに間隔をあけて層状に配置することにより形成された複数の流路と、
前記複数の流路の内の一部の流路である計測流路内の上流部分と下流部分に配置され、超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間での前記超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段で測定された伝播時間から求めた流速を基に演算された計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、
前記主流路の入口部の流速分布を取得し、前記流速分布から前記計測流路の平均流速と前記流路全体の平均流速を予測するステップ（Ｃ）と、
前記計測流路の平均流速と前記流路全体の平均流速が同一となるように、前記ステップ（Ｃ）で予測した前記計測流路の平均流速と前記流路全体の平均流速を基に前記流路の前記仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｄ）と、を備える、流量計測装置の設定方法。
前記ステップ（Ｄ）は、前記ステップ（Ｃ）で予測した前記計測流路の平均流速が前記ステップ（Ｃ）で予測した前記流路全体の平均流速に比べて大きい場合は、前記計測流路の前記仕切板の積層方向の長さが小さくなるように設定し、前記ステップ（Ｃ）で予測した前記計測流路の平均流速が前記ステップ（Ｃ）で予測した前記流路全体の平均流速に比べて小さい場合は、前記計測流路の前記仕切板の積層方向の長さが大きくなるように設定する、請求項３に記載の流量計測装置の設定方法。
矩形断面を有し、流体が通流する主流路と、
前記主流路内に複数の仕切板を互いに間隔をあけて層状に配置することにより形成された複数の流路と、
前記複数の流路の内の一部の流路である計測流路内の上流部分と下流部分に配置され、超音波を送受信する一対の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間での前記超音波の伝播時間を測定する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段で測定された伝播時間から求めた流速を基に演算された計測流量に補正係数を乗じて実際の流量を演算する流量演算手段と、を備える、流量計測装置の設定方法であって、
前記主流路の入口部の流速分布を取得し、前記流速分布から前記計測流路の平均流量と前記計測流路以外の流路の平均流量を予測するステップ（Ｅ）と、
前記計測流路の平均流量と前記計測流路以外の流路の平均流量が同一となるように、前記ステップ（Ｅ）で予測した前記計測流路の平均流量と前記計測流路以外の流路の平均流量を基に前記流路の前記仕切板の積層方向の長さを設定するステップ（Ｆ）と、を備える、流量計測装置の設定方法。
前記ステップ（Ｆ）は、前記ステップ（Ｅ）で予測した前記計測流路の平均流量が前記ステップ（Ｅ）で予測した前記計測流路以外の流路の平均流量より大きい場合は、前記計測流路の前記仕切板の積層方向の長さが小さくなるように設定し、前記ステップ（Ｅ）で予測した前記計測流路の平均流量が前記ステップ（Ｅ）で予測した前記計測流路以外の流路の平均流量より小さい場合は前記計測流路の前記仕切板の積層方向の長さが大きくなるように設定する、請求項５に記載の流量計測装置の設定方法。