JPH054005B2 - - Google Patents
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- JPH054005B2 JPH054005B2 JP60160399A JP16039985A JPH054005B2 JP H054005 B2 JPH054005 B2 JP H054005B2 JP 60160399 A JP60160399 A JP 60160399A JP 16039985 A JP16039985 A JP 16039985A JP H054005 B2 JPH054005 B2 JP H054005B2
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- Japan
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- conduit
- transducers
- flow
- acoustic
- fluid
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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- Acoustics & Sound (AREA)
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- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、一般に、種々な流体の流速を測定す
るための装置に関し、特に、パイプ、通路、環状
領域等のような導管内の流体の速度を非干渉的に
測定するために外部に設けられた変換器(以下、
トランスジユーサという)と内部に配設された音
響反射体とを用いる型の超音波流速計に関するも
のである。
るための装置に関し、特に、パイプ、通路、環状
領域等のような導管内の流体の速度を非干渉的に
測定するために外部に設けられた変換器(以下、
トランスジユーサという)と内部に配設された音
響反射体とを用いる型の超音波流速計に関するも
のである。
流体の流速は、流れの方向ならびに流れの反対
の方向に、流体内の予め定められた走程を音響パ
ルスが進むのに要する時間を測定することにより
決定することができる。このような時間測定は、
それぞれが、例えば超音波音響パルスの送信器お
よび受信器からなる2対のトランスジユーサを用
いて実施することができる。トランスジユーサ
は、超音波音響パルスが、速度を測定すべき流体
内で反対の方向に等しい長さの路に沿い進行する
ように配設される。
の方向に、流体内の予め定められた走程を音響パ
ルスが進むのに要する時間を測定することにより
決定することができる。このような時間測定は、
それぞれが、例えば超音波音響パルスの送信器お
よび受信器からなる2対のトランスジユーサを用
いて実施することができる。トランスジユーサ
は、超音波音響パルスが、速度を測定すべき流体
内で反対の方向に等しい長さの路に沿い進行する
ように配設される。
超音波方法が本来の能力を発揮し得る多くの用
例の1つに、原子力発電プラントの蒸気発生器の
環状降水領域における水の流れの測定がある。こ
の環状降水領域とは、厚い鋼製の殻体と、管束を
囲繞する薄肉の鋼製の被覆体との間の空間であ
る。典型的な半径方向の寸法(厚さ)は、殻体が
3インチ(7.65cm)、環状降水領域が2.5インチ
(6.35cm)そして被覆体が0.38インチ(0.97cm)で
ある。
例の1つに、原子力発電プラントの蒸気発生器の
環状降水領域における水の流れの測定がある。こ
の環状降水領域とは、厚い鋼製の殻体と、管束を
囲繞する薄肉の鋼製の被覆体との間の空間であ
る。典型的な半径方向の寸法(厚さ)は、殻体が
3インチ(7.65cm)、環状降水領域が2.5インチ
(6.35cm)そして被覆体が0.38インチ(0.97cm)で
ある。
環状降水領域における流体の流れは、再循環蒸
気発生器の制御運転において重要なパラメータで
あることは認識されているが、しかし、現在にお
いては、環状降水領域における流量もしくは流速
測定のための適当な計器は入手することができな
い。環状降水領域の構造からして、超音波トラン
スジユーサは殻体の外部で流れ領域の同じ側に配
設しなければならない。鋼と水との界面における
音響パルスの屈折で、流体内の音響パルスの走行
路角は、良好な感度を得る上に望ましくないこと
であるが、流体の流れ方向に対してできるだけ垂
直な方向に制限される。このことは、流速成分
v・cosθ(但しvは流速、そしてθは流れベクト
ルと音響路との間の角度)が検知される流体の流
速を測定するための走行時間差方法についても当
て嵌まる。即ち、流れベクトルと音響路との間の
角度が増加するに伴い、それに対応して超音波流
速計の感度は減少するのである。これは、特に、
原子力発電プラントの蒸気発生器環状降水領域に
おける水の流れを測定する場合に不利となる。
気発生器の制御運転において重要なパラメータで
あることは認識されているが、しかし、現在にお
いては、環状降水領域における流量もしくは流速
測定のための適当な計器は入手することができな
い。環状降水領域の構造からして、超音波トラン
スジユーサは殻体の外部で流れ領域の同じ側に配
設しなければならない。鋼と水との界面における
音響パルスの屈折で、流体内の音響パルスの走行
路角は、良好な感度を得る上に望ましくないこと
であるが、流体の流れ方向に対してできるだけ垂
直な方向に制限される。このことは、流速成分
v・cosθ(但しvは流速、そしてθは流れベクト
ルと音響路との間の角度)が検知される流体の流
速を測定するための走行時間差方法についても当
て嵌まる。即ち、流れベクトルと音響路との間の
角度が増加するに伴い、それに対応して超音波流
速計の感度は減少するのである。これは、特に、
原子力発電プラントの蒸気発生器環状降水領域に
おける水の流れを測定する場合に不利となる。
鋼製の殻体内にせん断音響パルスを伝搬させた
場合でも、室温の水中で得ることができるθの最
小値は約65゜である。原子力発電プラントの蒸気
発生器で典型的な600゜F(316℃)の運転温度では
水中における音速の減少で、得ることができるθ
の最小値は約75゜に制限される。このように温度
に依存してのθの変化、鋼製の殻体における内部
反射ならびにトランスジユーサを殻体に対し角度
をもつて結合する必要性が、超音波流量計の設計
を複雑にしその潜在的精度を由々しく低減する要
因となつている。したがつて、流れベクトルと音
響路との間の角度を最小にすることにより良好な
感度を有し原子力発電プラントの蒸気発生器の環
状降水領域におけるような導管内の水の流れを非
干渉的に測定するための超音波流速計に対する需
要は存在するにも拘わらず、この需要は満たされ
ていないことが理解されるであろう。
場合でも、室温の水中で得ることができるθの最
小値は約65゜である。原子力発電プラントの蒸気
発生器で典型的な600゜F(316℃)の運転温度では
水中における音速の減少で、得ることができるθ
の最小値は約75゜に制限される。このように温度
に依存してのθの変化、鋼製の殻体における内部
反射ならびにトランスジユーサを殻体に対し角度
をもつて結合する必要性が、超音波流量計の設計
を複雑にしその潜在的精度を由々しく低減する要
因となつている。したがつて、流れベクトルと音
響路との間の角度を最小にすることにより良好な
感度を有し原子力発電プラントの蒸気発生器の環
状降水領域におけるような導管内の水の流れを非
干渉的に測定するための超音波流速計に対する需
要は存在するにも拘わらず、この需要は満たされ
ていないことが理解されるであろう。
一般的に述べて、本発明の目的は、上述のよう
な欠点のうちの少なくとも1つを克服もしくは回
避し、特に流れベクトルと音響路との間の角度の
増加に起因する感度の損失に伴う欠点を克服もし
くは回避し、そして導管内の水の流れの非干渉測
定用装置の特定の要件を満たす導管内の流体の流
速測定装置を提供することにある。特に、本発明
の1つの態様によれば、流速成分v・cosθが検知
される走行時間差方法を用いた場合に、最大感度
で、原子力発電プラントの蒸気発生器の環状降水
領域内の水の流れを非干渉的に測定するための超
音波流量計を提供することが考えられている。
な欠点のうちの少なくとも1つを克服もしくは回
避し、特に流れベクトルと音響路との間の角度の
増加に起因する感度の損失に伴う欠点を克服もし
くは回避し、そして導管内の水の流れの非干渉測
定用装置の特定の要件を満たす導管内の流体の流
速測定装置を提供することにある。特に、本発明
の1つの態様によれば、流速成分v・cosθが検知
される走行時間差方法を用いた場合に、最大感度
で、原子力発電プラントの蒸気発生器の環状降水
領域内の水の流れを非干渉的に測定するための超
音波流量計を提供することが考えられている。
本発明の他の目的は、音響上の性能が最適化さ
れ、超音波トランスジユーサの取付けが簡略化さ
れ、音響路の角度が制限されると言う問題ならび
に超音波トランスジユーサの結合に関連する問題
を克服する手段と、流れベクトルと変更可能な音
響路との間の角度を制御するための手段とを備え
ており、流体の流れに対して最小限度の流れの制
約しか与えない流体の流速を測定するための装置
を提供することにある。
れ、超音波トランスジユーサの取付けが簡略化さ
れ、音響路の角度が制限されると言う問題ならび
に超音波トランスジユーサの結合に関連する問題
を克服する手段と、流れベクトルと変更可能な音
響路との間の角度を制御するための手段とを備え
ており、流体の流れに対して最小限度の流れの制
約しか与えない流体の流速を測定するための装置
を提供することにある。
本発明は、その一般的概念において、導管内を
流れる流体の速度を測定するために、該流体内の
信号路に沿い信号を送信し、受信するために上記
導管の外表面に離間した位置で配設された第1お
よび第2のトランスジユーサを有し、該第1、第
2トランスジユーサは上記導管の外表面に対し共
通の側部に沿い実質的に垂直に配設され、さらに
上記第1のトランスジユーサから上記第2のトラ
ンスジユーサに伝送される信号を反射するために
上記信号路に沿い上記導管内に配設された反射手
段を備え、上記第1、第2トランスジユーサは上
記導管内を流れる流体の方向に対し実質的に垂直
に信号を送出するように取付けられている流速測
定装置にある。
流れる流体の速度を測定するために、該流体内の
信号路に沿い信号を送信し、受信するために上記
導管の外表面に離間した位置で配設された第1お
よび第2のトランスジユーサを有し、該第1、第
2トランスジユーサは上記導管の外表面に対し共
通の側部に沿い実質的に垂直に配設され、さらに
上記第1のトランスジユーサから上記第2のトラ
ンスジユーサに伝送される信号を反射するために
上記信号路に沿い上記導管内に配設された反射手
段を備え、上記第1、第2トランスジユーサは上
記導管内を流れる流体の方向に対し実質的に垂直
に信号を送出するように取付けられている流速測
定装置にある。
上の記述ならびに本発明の他の目的、特徴およ
び利点は、本発明に従い流体の流速を測定するた
めの装置の好ましい実施例に関し、単なる例示と
して、添付図面を参照しての以下の詳細な説明か
ら理解されるであろう。
び利点は、本発明に従い流体の流速を測定するた
めの装置の好ましい実施例に関し、単なる例示と
して、添付図面を参照しての以下の詳細な説明か
ら理解されるであろう。
さて図面を参照し説明する。なお、図面中同じ
参照数字は同じもしくは均等な要素を表すものと
する。第1図には、パイプ、通路、環状領域等の
ような導管内の流体の流速を測定するように適応
されている本発明の一実施例による超音波流速計
の構造が示してある。本発明の超音波流速計の適
用例の1つは、第1図に詳細に示すように、原子
力発電プラントの蒸気発生器の環状降水管領域に
おける水の流れの非干渉測定である。環状降水領
域(導管)100は、鋼製重量殻体102と、管
束(図示せず)を囲繞する薄内の鋼製被覆体10
4との間に設けられた空間である。超音波流速計
は、一対の離間配設された超音波トランスジユー
サ(変換器)106および108から構成されて
おり、各超音波トランスジユーサは、例えば、電
気的に励起した時に音響パルスを発生するように
適応されたピエゾ電気結晶を備えている。また、
これらピエゾ電気結晶により音響パルスが受信さ
れると、対応の電気出力信号が発生される。超音
波トランスジユーサ106,108内に設けられ
ているピエゾ電気結晶は、電子制御回路110に
より電気的に励起される。
参照数字は同じもしくは均等な要素を表すものと
する。第1図には、パイプ、通路、環状領域等の
ような導管内の流体の流速を測定するように適応
されている本発明の一実施例による超音波流速計
の構造が示してある。本発明の超音波流速計の適
用例の1つは、第1図に詳細に示すように、原子
力発電プラントの蒸気発生器の環状降水管領域に
おける水の流れの非干渉測定である。環状降水領
域(導管)100は、鋼製重量殻体102と、管
束(図示せず)を囲繞する薄内の鋼製被覆体10
4との間に設けられた空間である。超音波流速計
は、一対の離間配設された超音波トランスジユー
サ(変換器)106および108から構成されて
おり、各超音波トランスジユーサは、例えば、電
気的に励起した時に音響パルスを発生するように
適応されたピエゾ電気結晶を備えている。また、
これらピエゾ電気結晶により音響パルスが受信さ
れると、対応の電気出力信号が発生される。超音
波トランスジユーサ106,108内に設けられ
ているピエゾ電気結晶は、電子制御回路110に
より電気的に励起される。
該電子制御回路110は、また、ピエゾ電気結
晶の電気出力信号にも応答して、環状降水領域1
00内の流体の流速を決定する。
晶の電気出力信号にも応答して、環状降水領域1
00内の流体の流速を決定する。
環状降水領域100内には、トランスジユーサ
106,108に対向する個所に反射体構造(反
射手段)112が配設されている。この反射体構
造112は、第3図にも示してあるように、両端
部が一対の反射表面118,120で終端してい
る縦軸方向に延びる開口116を有する探子(プ
ローブ)状の部材114から構成されている。図
示の実施例によれば、反射表面118,120は
反射体構造112の縦軸線に対して45゜の角度で
配設されており、開口116内に反射体構造の縦
軸線に沿い整列もしくは心出しされた音響路(信
号路)122を画定している。必要に応じて複数
個のスポーク状に外向きに延びるばねスペーサ1
24を、反射表面118,120に隣接して反射
体構造112に固定し設けることができる。これ
らばねスペーサ124は、殻体102の表面およ
び被覆体104の対向表面と圧縮係合して、環状
降水領域100内に反射体構造112を着脱自在
に位置決めすることを可能にする。
106,108に対向する個所に反射体構造(反
射手段)112が配設されている。この反射体構
造112は、第3図にも示してあるように、両端
部が一対の反射表面118,120で終端してい
る縦軸方向に延びる開口116を有する探子(プ
ローブ)状の部材114から構成されている。図
示の実施例によれば、反射表面118,120は
反射体構造112の縦軸線に対して45゜の角度で
配設されており、開口116内に反射体構造の縦
軸線に沿い整列もしくは心出しされた音響路(信
号路)122を画定している。必要に応じて複数
個のスポーク状に外向きに延びるばねスペーサ1
24を、反射表面118,120に隣接して反射
体構造112に固定し設けることができる。これ
らばねスペーサ124は、殻体102の表面およ
び被覆体104の対向表面と圧縮係合して、環状
降水領域100内に反射体構造112を着脱自在
に位置決めすることを可能にする。
既に述べたように、超音波パルスを用いて流速
を測定する走行時間差方法の実施に当たつては、
流速成分v・cosθが検出される。ここでvは流速
を表し、そしてθは流れベクトルと音響路との間
の角度である。超音波流速計の感度を最大にする
ために、第1図の本発明の実施例に示してあるよ
うに、音響路の角度θは、反射体構造112の構
造および配列に従い最小に設定される。トランス
ジユーサ106,108は、殻体102の外表面
に対して法線方向、即ち垂直に結合され、そして
第5図に示すように、環状降水領域100の縦軸
線126と直線整合関係で上下に配設されてい
る。電子制御回路110によりトランスジユーサ
106,108内のピエゾ電気結晶を励起する
と、環状降水領域100内で音響路128に沿い
音響パルスの伝搬が生ずる。トランスジユーサ1
06,108が殼体102の外表面に垂直に取付
けられている結晶として、音響パルスは、環状降
水領域100の縦軸線126に対し垂直で且つ殻
体102の内表面に対して垂直な音響路128の
部分に沿つて伝搬する。したがつて、殻体102
の内表面と環状降水領域100内を流れる流体と
の界面で音響パルスは屈折されない。これに対し
て、トランスジユーサを殻体102の外表面に傾
き角度で取付けた場合には上記の界面で音響パル
スの屈折が生ずるであろう。
を測定する走行時間差方法の実施に当たつては、
流速成分v・cosθが検出される。ここでvは流速
を表し、そしてθは流れベクトルと音響路との間
の角度である。超音波流速計の感度を最大にする
ために、第1図の本発明の実施例に示してあるよ
うに、音響路の角度θは、反射体構造112の構
造および配列に従い最小に設定される。トランス
ジユーサ106,108は、殻体102の外表面
に対して法線方向、即ち垂直に結合され、そして
第5図に示すように、環状降水領域100の縦軸
線126と直線整合関係で上下に配設されてい
る。電子制御回路110によりトランスジユーサ
106,108内のピエゾ電気結晶を励起する
と、環状降水領域100内で音響路128に沿い
音響パルスの伝搬が生ずる。トランスジユーサ1
06,108が殼体102の外表面に垂直に取付
けられている結晶として、音響パルスは、環状降
水領域100の縦軸線126に対し垂直で且つ殻
体102の内表面に対して垂直な音響路128の
部分に沿つて伝搬する。したがつて、殻体102
の内表面と環状降水領域100内を流れる流体と
の界面で音響パルスは屈折されない。これに対し
て、トランスジユーサを殻体102の外表面に傾
き角度で取付けた場合には上記の界面で音響パル
スの屈折が生ずるであろう。
反射体構造112は、環状降水領域100内
に、反射表面118,120がトランスジユーサ
106,108によつて発生されて音響路128
に沿い伝搬している音響パルスと交差するように
配置されている。第1図に見られるように、反射
体構造112の反射表面118,120間に画定
された音響路122に沿つて伝搬している音響パ
ルスは、環状降水領域100の縦軸線126と整
合しており、したがつて流れペクトルと音響路と
の間の角度、即ちθは零に等しく、それにより、
流速成分v・cosθの大きさは最大となつて、超音
波流速計の感度の増大に寄与する。原子力発電プ
ラントの蒸気発生器の環状降水領域100内の水
流の非干渉測定に用いられる反射体構造112は
運転停止中手穴(ハンドホール)を介して設置す
ることができるし、またさらに好ましくは蒸気発
生器の設計において考慮することができる。受動
構造として反射体構造112を環状降水領域10
0内に設置しさえすれば、トランスジユーサ10
6,108の設置は、制約を受けることなく行う
ことができる。
に、反射表面118,120がトランスジユーサ
106,108によつて発生されて音響路128
に沿い伝搬している音響パルスと交差するように
配置されている。第1図に見られるように、反射
体構造112の反射表面118,120間に画定
された音響路122に沿つて伝搬している音響パ
ルスは、環状降水領域100の縦軸線126と整
合しており、したがつて流れペクトルと音響路と
の間の角度、即ちθは零に等しく、それにより、
流速成分v・cosθの大きさは最大となつて、超音
波流速計の感度の増大に寄与する。原子力発電プ
ラントの蒸気発生器の環状降水領域100内の水
流の非干渉測定に用いられる反射体構造112は
運転停止中手穴(ハンドホール)を介して設置す
ることができるし、またさらに好ましくは蒸気発
生器の設計において考慮することができる。受動
構造として反射体構造112を環状降水領域10
0内に設置しさえすれば、トランスジユーサ10
6,108の設置は、制約を受けることなく行う
ことができる。
動作について簡略に説明すると、トランスジユ
ーサ106により発生された音響パルスは音響路
122,128に沿つて下流方向に伝搬し、時点
T1でトランスジユーサ108により受信され
る。同様にして、トランスジユーサ108により
音響パルスが逐次的あるいは同時に発生されて、
音響路128,122に沿い上流方向に伝搬し時
点T2でトランスジユーサ106により受信され
る。それぞれ受信された音響パルスに応答しトラ
ンスジユーサ106,108により発生される電
気出力信号は、電子制御回路110に伝送され
て、そこで走行もしくは伝搬時間差、即ちトラン
スジユーサ106,108により受信された音響
パルスの時間差分T1−T2の関数として流速が決
定される。受信音響パルスから流速を決定する特
定の方法は当該技術分野の専門家には周知の数多
の演算方法に従つて計算により求めることができ
よう。このような流速の決定もしくは算出は、例
えば、米国特許第3653259号および第3901078号各
明細書に開示されている。また、トランスジユー
サ106,108内のピエゾ電気結晶を励起し且
つ流速を計算するための電子制御回路110も同
様に、当該技術分野の専門家には良く知られてい
るところである。例えば、ウエスチングハウス社
製のモデルLEFM801Aおよび8824電気アツセン
ブリが本発明で用いるのに適応可能な回路であ
る。したがつて、本発明は特定の設計の電子制御
回路110に限定されるものではなく、また、ト
ランスジユーサ106,108により受信された
音響パルスに応答し電子制御回路によつて受けら
れる信号の特定の処理方法に限定されるものでは
ない。
ーサ106により発生された音響パルスは音響路
122,128に沿つて下流方向に伝搬し、時点
T1でトランスジユーサ108により受信され
る。同様にして、トランスジユーサ108により
音響パルスが逐次的あるいは同時に発生されて、
音響路128,122に沿い上流方向に伝搬し時
点T2でトランスジユーサ106により受信され
る。それぞれ受信された音響パルスに応答しトラ
ンスジユーサ106,108により発生される電
気出力信号は、電子制御回路110に伝送され
て、そこで走行もしくは伝搬時間差、即ちトラン
スジユーサ106,108により受信された音響
パルスの時間差分T1−T2の関数として流速が決
定される。受信音響パルスから流速を決定する特
定の方法は当該技術分野の専門家には周知の数多
の演算方法に従つて計算により求めることができ
よう。このような流速の決定もしくは算出は、例
えば、米国特許第3653259号および第3901078号各
明細書に開示されている。また、トランスジユー
サ106,108内のピエゾ電気結晶を励起し且
つ流速を計算するための電子制御回路110も同
様に、当該技術分野の専門家には良く知られてい
るところである。例えば、ウエスチングハウス社
製のモデルLEFM801Aおよび8824電気アツセン
ブリが本発明で用いるのに適応可能な回路であ
る。したがつて、本発明は特定の設計の電子制御
回路110に限定されるものではなく、また、ト
ランスジユーサ106,108により受信された
音響パルスに応答し電子制御回路によつて受けら
れる信号の特定の処理方法に限定されるものでは
ない。
第1図に示したような反射体構造112を用い
る超音波流速計によれば、反射表面118,12
0間に画定される音響路122に沿い環状降水領
域100内を流れる流体の部分の流速即ち、環状
降水領域の縦軸線126に沿つて流れる流体の流
速成分が求められる。このようにして測定された
代表的な流速は、既知の流れプロフイール関係を
用いて環状降水領域100の領域全体における平
均流速に相関付けることができる。環状降水領域
100の縦軸線126に沿わない他の個所におけ
る流れ成分の速度は、反射体構造112を、音響
路122が環状降水領域の横断面領域内の他の流
路に沿つて位置するように配置することにより測
定することができる。したがつて、反射体構造1
12は環状降水領域100内の種々な位置での流
れの比速度を測定するのに適している。種々な流
れ成分の速度を逐次測定することにより、環状降
水領域100における平均速度の計算が容易にな
る。
る超音波流速計によれば、反射表面118,12
0間に画定される音響路122に沿い環状降水領
域100内を流れる流体の部分の流速即ち、環状
降水領域の縦軸線126に沿つて流れる流体の流
速成分が求められる。このようにして測定された
代表的な流速は、既知の流れプロフイール関係を
用いて環状降水領域100の領域全体における平
均流速に相関付けることができる。環状降水領域
100の縦軸線126に沿わない他の個所におけ
る流れ成分の速度は、反射体構造112を、音響
路122が環状降水領域の横断面領域内の他の流
路に沿つて位置するように配置することにより測
定することができる。したがつて、反射体構造1
12は環状降水領域100内の種々な位置での流
れの比速度を測定するのに適している。種々な流
れ成分の速度を逐次測定することにより、環状降
水領域100における平均速度の計算が容易にな
る。
次に、第1図および第3図に示した実施例と関
連して上に述べた反射体構造112の構成および
配列のいろいろな他の実施例に関して説明する。
そこで第4図を参照するに、反射体構造130
は、それぞれ反射表面138,140が設けられ
ている1対の離間配置された反射アーム134,
136を有する支持部材132から構成される。
図示のように、反射体構造130は、トランスジ
ユーサ106,108に隣接して殼体102の内
表面に配置される。反射表面138,140は、
第1図の実施例と関連して先に述べた仕方で音響
路128に沿い配列される。これと関連して、反
射表面138,140は、それらの間に音響路1
22を画定するように環状降水領域100の縦軸
線に対して45゜の角度で配列される。トランスジ
ユーサ106,108に隣接して殼体102の内
表面に当接して配置した場合には、反射アーム1
34,136の成端部の鋭角的な構造により、環
状降水領域100内を流れる流体に或る程度の乱
流が生じ得る。このような乱流を効果的に最小に
し或いはまた除去するために、第5図に示すよう
な構造および配列の反射体構造142が提案され
る。
連して上に述べた反射体構造112の構成および
配列のいろいろな他の実施例に関して説明する。
そこで第4図を参照するに、反射体構造130
は、それぞれ反射表面138,140が設けられ
ている1対の離間配置された反射アーム134,
136を有する支持部材132から構成される。
図示のように、反射体構造130は、トランスジ
ユーサ106,108に隣接して殼体102の内
表面に配置される。反射表面138,140は、
第1図の実施例と関連して先に述べた仕方で音響
路128に沿い配列される。これと関連して、反
射表面138,140は、それらの間に音響路1
22を画定するように環状降水領域100の縦軸
線に対して45゜の角度で配列される。トランスジ
ユーサ106,108に隣接して殼体102の内
表面に当接して配置した場合には、反射アーム1
34,136の成端部の鋭角的な構造により、環
状降水領域100内を流れる流体に或る程度の乱
流が生じ得る。このような乱流を効果的に最小に
し或いはまた除去するために、第5図に示すよう
な構造および配列の反射体構造142が提案され
る。
第5図を参照するに、反射体構造142は、そ
れぞれ、反射表面150,152で終端している
1対の離間配置された反射アーム146,148
を有する支持部材144から構成されている。こ
の反射体構造142は、被覆体104の外側表面
に当接して配置され、その場合反射表面150,
152は音響路128に沿いトランスジユーサ1
06,108と整列して配列される。反射アーム
146,148の終端部の輪郭により、流体の乱
流は軽減される。音響の伝搬方向で見て上流側の
反射アーム136,148の擾乱作用は、第6図
に示すように接線平面において音響路を傾かせる
ことにより本質的に回避することができる。これ
と関連して、トランスジユーサ106,108は
殻体102の縦軸線126の両側に配列される。
したがつて、反射体構造130,142は、それ
らの反射表面138,140および150,15
2間に設けられる音響路122がトランスジユー
サ106,108を通る線と整列し配列されるよ
うにして環状降水領域100内に位置付けること
ができる。別法として、上流側の反射アーム13
6,148の擾乱作用は、本質的に、第7図に示
す仕方で音響路を半径方向に傾けることにより回
避することができる。第7図を参照するに、上流
側のアーム148′は、下流側のアーム146′よ
りも短い距離で環状降水領域100内に半径方向
に延在している。このような仕方で、反射表面1
50′と152′との間の音響路122は、上流側
のアーム148′により発生される流体擾乱領域
から取出される。
れぞれ、反射表面150,152で終端している
1対の離間配置された反射アーム146,148
を有する支持部材144から構成されている。こ
の反射体構造142は、被覆体104の外側表面
に当接して配置され、その場合反射表面150,
152は音響路128に沿いトランスジユーサ1
06,108と整列して配列される。反射アーム
146,148の終端部の輪郭により、流体の乱
流は軽減される。音響の伝搬方向で見て上流側の
反射アーム136,148の擾乱作用は、第6図
に示すように接線平面において音響路を傾かせる
ことにより本質的に回避することができる。これ
と関連して、トランスジユーサ106,108は
殻体102の縦軸線126の両側に配列される。
したがつて、反射体構造130,142は、それ
らの反射表面138,140および150,15
2間に設けられる音響路122がトランスジユー
サ106,108を通る線と整列し配列されるよ
うにして環状降水領域100内に位置付けること
ができる。別法として、上流側の反射アーム13
6,148の擾乱作用は、本質的に、第7図に示
す仕方で音響路を半径方向に傾けることにより回
避することができる。第7図を参照するに、上流
側のアーム148′は、下流側のアーム146′よ
りも短い距離で環状降水領域100内に半径方向
に延在している。このような仕方で、反射表面1
50′と152′との間の音響路122は、上流側
のアーム148′により発生される流体擾乱領域
から取出される。
本発明の先に述べた実施例においては、既知の
流体の流れプロフイール関係を用いて、環状降水
領域100における平均流体速度に関連付けるこ
とができる代表的な流体速度が測定される。しか
しながら、第8図ないし第12図に示した実施例
と関連して以下に述べるように、環状降水領域1
00を横切つて音響路を偏向することにより測定
することもできる。第8図、第10図、第11図
および第12図に示すように、殼体102または
被覆体104の表面からの反射を含む音響路は、
反射体を環状降水領域100の同一側に配設する
ことを可能にする。しかしながら、このような構
成もしくは配列には特定の環状降水領域寸法を有
することまたは反射表面を殼体102または被覆
体104の表面から固定の距離で位置付けること
が要求される。
流体の流れプロフイール関係を用いて、環状降水
領域100における平均流体速度に関連付けるこ
とができる代表的な流体速度が測定される。しか
しながら、第8図ないし第12図に示した実施例
と関連して以下に述べるように、環状降水領域1
00を横切つて音響路を偏向することにより測定
することもできる。第8図、第10図、第11図
および第12図に示すように、殼体102または
被覆体104の表面からの反射を含む音響路は、
反射体を環状降水領域100の同一側に配設する
ことを可能にする。しかしながら、このような構
成もしくは配列には特定の環状降水領域寸法を有
することまたは反射表面を殼体102または被覆
体104の表面から固定の距離で位置付けること
が要求される。
第8図を参照するに、反射体構造154は、支
持部材内に配設された1対の反射表面158,1
60を有する支持部材156から構成される。こ
の反射体構造154は、被覆体104の外表面に
当接して保持され、反射表面158,160は音
響路128に沿いトランスジユーサ106,10
8と整列して配置される。この実施例によれば、
反射表面158,160間に画定される音響路1
22は、殼体102の内表面から反射されて、そ
れにより、音響路は環状降水領域100を横切つ
て偏向され、それにより該環状降水領域100に
おける平均流体速度を求めることができる。第1
0図を参照するに、類似の構造の反射体構造15
4′が殻体102の内表面に当接して保持されて、
被覆体104の外表面で反射する音響路122が
反射表面158′と160′との間に設けられる。
反射体構造154,154′は、それらの反射表
面158,160,158′,160′の角度が音
響路122,128に沿いトランスジユーサ10
6,108から音響パルスを受けたり該トランス
ジユーサ106,108に音響パルスを反射する
のに要求される角度に選択されている点を除いて
構造は実質的に同じである。
持部材内に配設された1対の反射表面158,1
60を有する支持部材156から構成される。こ
の反射体構造154は、被覆体104の外表面に
当接して保持され、反射表面158,160は音
響路128に沿いトランスジユーサ106,10
8と整列して配置される。この実施例によれば、
反射表面158,160間に画定される音響路1
22は、殼体102の内表面から反射されて、そ
れにより、音響路は環状降水領域100を横切つ
て偏向され、それにより該環状降水領域100に
おける平均流体速度を求めることができる。第1
0図を参照するに、類似の構造の反射体構造15
4′が殻体102の内表面に当接して保持されて、
被覆体104の外表面で反射する音響路122が
反射表面158′と160′との間に設けられる。
反射体構造154,154′は、それらの反射表
面158,160,158′,160′の角度が音
響路122,128に沿いトランスジユーサ10
6,108から音響パルスを受けたり該トランス
ジユーサ106,108に音響パルスを反射する
のに要求される角度に選択されている点を除いて
構造は実質的に同じである。
次に第9図を参照するに、この図には、本発明
の別の実施例が示してあり、この実施例において
は、反射体構造162は、それぞれ反射表面16
8,170を有する1対の支持部材164,16
6から構成されている。図示のように、支持部材
164は被覆体104の外表面に当接して保持さ
れ、その反射表面168は音響路128に沿いト
ランスジユーサ108と整列関係で配置される。
しかしながら、支持部材166は、殻体102の
内表面に当接して保持され、その反射表面170
は音響路128に沿いトランスジユーサ106と
整列して配置される。このようにして、反射表面
168,170は環状降水領域100を横切つて
偏向された音響路122を画定する。
の別の実施例が示してあり、この実施例において
は、反射体構造162は、それぞれ反射表面16
8,170を有する1対の支持部材164,16
6から構成されている。図示のように、支持部材
164は被覆体104の外表面に当接して保持さ
れ、その反射表面168は音響路128に沿いト
ランスジユーサ108と整列関係で配置される。
しかしながら、支持部材166は、殻体102の
内表面に当接して保持され、その反射表面170
は音響路128に沿いトランスジユーサ106と
整列して配置される。このようにして、反射表面
168,170は環状降水領域100を横切つて
偏向された音響路122を画定する。
第11図に示した本発明の別の実施例によれ
ば、反射体構造172は、水または他の同類の液
体の音響特性に近似した音響特性を有する例えば
シリコンゴム、エポキシおよびポリウレタンのよ
うなプラスチツクまたはポリマーのスリーブもし
くはライニング174から構成される。ポリマー
ライニング174内には、それぞれ反射表面18
0,182を有する個々の反射体176,178
が埋設される。ポリマーライニング174は、被
覆体104の外表面に固定され、反射表面18
0,182は音響路128に沿い、トランスジユ
ーサ106,108と整列関係で配置される。こ
れと関連して、反射表面180および182間に
画定される音響路122は殼体102の内表面で
反射して、環状降水領域100を横切る偏向音響
路を形成する。埋設された反射体176,178
を有するポリマーライニング174を使用した場
合には、流体の流れの擾乱は大きく減少する。
ば、反射体構造172は、水または他の同類の液
体の音響特性に近似した音響特性を有する例えば
シリコンゴム、エポキシおよびポリウレタンのよ
うなプラスチツクまたはポリマーのスリーブもし
くはライニング174から構成される。ポリマー
ライニング174内には、それぞれ反射表面18
0,182を有する個々の反射体176,178
が埋設される。ポリマーライニング174は、被
覆体104の外表面に固定され、反射表面18
0,182は音響路128に沿い、トランスジユ
ーサ106,108と整列関係で配置される。こ
れと関連して、反射表面180および182間に
画定される音響路122は殼体102の内表面で
反射して、環状降水領域100を横切る偏向音響
路を形成する。埋設された反射体176,178
を有するポリマーライニング174を使用した場
合には、流体の流れの擾乱は大きく減少する。
本発明の別の実施例によれば、第12図に示す
ように、それぞれ反射表面190,192が設け
られた1対の離間した反射アーム186,188
を有する支持部材185から構成された反射体構
造184は、円筒形状の導管194の内表面に取
付けられる。トランスジユーサ106,108な
らびに反射表面190,192は、音響路12
2,128が導管194の弦となるように配置さ
れる。このような弦の形態の音響路を設けること
により、導管194内の上流側のアーム186の
擾乱作用は回避されると考えられる。
ように、それぞれ反射表面190,192が設け
られた1対の離間した反射アーム186,188
を有する支持部材185から構成された反射体構
造184は、円筒形状の導管194の内表面に取
付けられる。トランスジユーサ106,108な
らびに反射表面190,192は、音響路12
2,128が導管194の弦となるように配置さ
れる。このような弦の形態の音響路を設けること
により、導管194内の上流側のアーム186の
擾乱作用は回避されると考えられる。
既に述べたように、本発明は、原子力発電プラ
ントの蒸気発生器の環状降水領域における水の流
れの非干渉測定に用いるのに特に有利である。し
かしながら、パイプ内の流れならびに容器内の液
位測定のような他の用途にも本発明の超音波流速
計を適用することができよう。ここに開示したい
ろいろな反射体構造によれば、パイプ壁に当接し
て保持することにより流れに対する絞り作用は最
小限度に抑止される。さらに、反射体構造はフラ
ンジに取付けて、パイプの組立中パイプのフラン
ジ間に締付け固定することもできるし或るいはま
たパイプを溶接接合する前に、或る長さのパイプ
の端部の内側に溶接で取付けることもできる。本
発明に従つて設置された反射体構造の位置は、近
似位置が既知であれば、殻体102の外部から決
定することができる。例えば、正しい間隔および
配位、即ち反射表面と同じ間隔および配位を有す
るように取付け具に取付けられた1つが送信器で
ある2つのトランスジユーサを用いて、殻体10
2の表面上を移動させ、他方のトランスジユーサ
で信号を受信することにより、設置されている反
射体の位置を求めることができる。別法として、
特性的なエコーを発生する突起または穴を反射体
構造に設けることも可能であろう。反射体構造を
原子力発電プラントの蒸気発生器の設計段階にお
いて考慮する場合には、殼体102に取付けるよ
うにするのが有利である。この場合、トランスジ
ユーサの位置を殼体102の外部表面上に印して
おくことができる。
ントの蒸気発生器の環状降水領域における水の流
れの非干渉測定に用いるのに特に有利である。し
かしながら、パイプ内の流れならびに容器内の液
位測定のような他の用途にも本発明の超音波流速
計を適用することができよう。ここに開示したい
ろいろな反射体構造によれば、パイプ壁に当接し
て保持することにより流れに対する絞り作用は最
小限度に抑止される。さらに、反射体構造はフラ
ンジに取付けて、パイプの組立中パイプのフラン
ジ間に締付け固定することもできるし或るいはま
たパイプを溶接接合する前に、或る長さのパイプ
の端部の内側に溶接で取付けることもできる。本
発明に従つて設置された反射体構造の位置は、近
似位置が既知であれば、殻体102の外部から決
定することができる。例えば、正しい間隔および
配位、即ち反射表面と同じ間隔および配位を有す
るように取付け具に取付けられた1つが送信器で
ある2つのトランスジユーサを用いて、殻体10
2の表面上を移動させ、他方のトランスジユーサ
で信号を受信することにより、設置されている反
射体の位置を求めることができる。別法として、
特性的なエコーを発生する突起または穴を反射体
構造に設けることも可能であろう。反射体構造を
原子力発電プラントの蒸気発生器の設計段階にお
いて考慮する場合には、殼体102に取付けるよ
うにするのが有利である。この場合、トランスジ
ユーサの位置を殼体102の外部表面上に印して
おくことができる。
また、トランスジユーサ106,108を取付
けるためのスタンド部196は、第13図および
第14図に示すように、正しい位置で殼体102
の外部表面に溶接またはろう付けにより固定する
ことができる。トランスジユーサ106,108
は、電気コネクタ202を介して電気接続したり
ばね荷重を加えるための内部部品200を収容し
たハウジング198内に取付けられている。同様
に、反射アーム134′,136′は、殻体102
の内側表面に溶接またはろう付けで取付けること
ができる。第14図に示すように、反射アーム2
04には、内部反射に適応された反射表面206
が設けられている。さらに、蒸気発生器の場合に
は、反射体構造は、運転停止中、手穴を介して取
付けることができるし、またさらに好ましくは蒸
気発生器設計段階で取付けることができる。反射
体構造はまた、環状降水領域100内へと上方ま
たは下方に延在することもできる。
けるためのスタンド部196は、第13図および
第14図に示すように、正しい位置で殼体102
の外部表面に溶接またはろう付けにより固定する
ことができる。トランスジユーサ106,108
は、電気コネクタ202を介して電気接続したり
ばね荷重を加えるための内部部品200を収容し
たハウジング198内に取付けられている。同様
に、反射アーム134′,136′は、殻体102
の内側表面に溶接またはろう付けで取付けること
ができる。第14図に示すように、反射アーム2
04には、内部反射に適応された反射表面206
が設けられている。さらに、蒸気発生器の場合に
は、反射体構造は、運転停止中、手穴を介して取
付けることができるし、またさらに好ましくは蒸
気発生器設計段階で取付けることができる。反射
体構造はまた、環状降水領域100内へと上方ま
たは下方に延在することもできる。
以上本発明を特定の実施例と関連して説明した
が、これらの実施例は本発明の原理および適用の
単なる例示に過ぎないと理解されたい。例えば、
使用される材料、相対寸法ならびに特定の電子技
術に本発明は制限されるものではない。さらに、
反射体構造は一体の金属から形成することを企図
しているが、他方または、反射体構造は溶接した
複要素アツセンブリから構成することも可能であ
る。この構造は単純で堅牢であることに加えて、
設置に際し正確な整合もしくは位置合わせの必要
がなく、反射表面の間隔および配位を維持する。
第1図、第4図および第5図に開示した実施例に
おける反射表面の配列によれば、流体の流れと整
列した音響路を反射表面間に設けることができ、
角度θは零に等しくなり、最大感度が得られ、そ
して音響路は大きな時間差を得るのに必要なだけ
長くすることができる。さらに、別の方法として
上流側の反射アームから出る渦を超音波で感知し
て流体の流速を求めることもできよう。したがつ
て、図示の実施例には数多の変更が可能であり、
本発明の精神および範囲から逸脱することなく他
の構成も容易に想到し得るであろうことを付記し
ておく。
が、これらの実施例は本発明の原理および適用の
単なる例示に過ぎないと理解されたい。例えば、
使用される材料、相対寸法ならびに特定の電子技
術に本発明は制限されるものではない。さらに、
反射体構造は一体の金属から形成することを企図
しているが、他方または、反射体構造は溶接した
複要素アツセンブリから構成することも可能であ
る。この構造は単純で堅牢であることに加えて、
設置に際し正確な整合もしくは位置合わせの必要
がなく、反射表面の間隔および配位を維持する。
第1図、第4図および第5図に開示した実施例に
おける反射表面の配列によれば、流体の流れと整
列した音響路を反射表面間に設けることができ、
角度θは零に等しくなり、最大感度が得られ、そ
して音響路は大きな時間差を得るのに必要なだけ
長くすることができる。さらに、別の方法として
上流側の反射アームから出る渦を超音波で感知し
て流体の流速を求めることもできよう。したがつ
て、図示の実施例には数多の変更が可能であり、
本発明の精神および範囲から逸脱することなく他
の構成も容易に想到し得るであろうことを付記し
ておく。
第1図は、本発明の一実施例に従い一対の外部
に取付けられたトランスジユーサと内部に配設さ
れた反射体構造から構成されて、原子力発電プラ
ントの蒸気発生器の環状降水領域における水の流
れを非干渉的に測定するように配設された超音波
流速計を一部断面で図解する側立面図、第2図
は、本発明の超音波流速計を用いて導管内の流体
の流速を測定するために、該導管の縦軸線に対す
る一対のトランスジユーサの位置を図解する導管
の前立面図、第3図は、間に音響路を形成するよ
うに適応された一対の離間した反射表面を有する
第1図に示したのと類似の反射体構造の前立面
図、第4図および第5図は、本発明の種々な実施
例に従い構成された反射体構造を図解する超音波
流量計の横断面図、第6図は第2図と同様の前立
面図、第7図、第8図、第9図、第10図および
第11図は種々の実施例の、第4図および第5図
と同様の横断面図、第12図は、本発明の他の実
施例に従つて構成された反射体構造を図解する超
音波流量計の頂面図、第13図および第14図
は、蒸気発生器の製造中に一体的に設置される超
音波流量計を一部断面で示す側立面図である。 100……環状降水領域(導管)、102……
殻体、104……被覆体、106,108……ト
ランスジユーサ(変換器)、110……電子制御
回路、112,130,142,154,15
4′,162,172,184……反射体構造
(反射手段)、122,128……音響路(信号
路)、134,136,146,148,186,
188……反射アーム、118,120,13
8,140,150,152,158,160,
168,170,180,182,190,19
2,206……反射表面、194……導管。
に取付けられたトランスジユーサと内部に配設さ
れた反射体構造から構成されて、原子力発電プラ
ントの蒸気発生器の環状降水領域における水の流
れを非干渉的に測定するように配設された超音波
流速計を一部断面で図解する側立面図、第2図
は、本発明の超音波流速計を用いて導管内の流体
の流速を測定するために、該導管の縦軸線に対す
る一対のトランスジユーサの位置を図解する導管
の前立面図、第3図は、間に音響路を形成するよ
うに適応された一対の離間した反射表面を有する
第1図に示したのと類似の反射体構造の前立面
図、第4図および第5図は、本発明の種々な実施
例に従い構成された反射体構造を図解する超音波
流量計の横断面図、第6図は第2図と同様の前立
面図、第7図、第8図、第9図、第10図および
第11図は種々の実施例の、第4図および第5図
と同様の横断面図、第12図は、本発明の他の実
施例に従つて構成された反射体構造を図解する超
音波流量計の頂面図、第13図および第14図
は、蒸気発生器の製造中に一体的に設置される超
音波流量計を一部断面で示す側立面図である。 100……環状降水領域(導管)、102……
殻体、104……被覆体、106,108……ト
ランスジユーサ(変換器)、110……電子制御
回路、112,130,142,154,15
4′,162,172,184……反射体構造
(反射手段)、122,128……音響路(信号
路)、134,136,146,148,186,
188……反射アーム、118,120,13
8,140,150,152,158,160,
168,170,180,182,190,19
2,206……反射表面、194……導管。
Claims (1)
- 1 導管内を流れる流体の速度を測定する装置で
あつて、該流体内の信号路に沿い信号を送信し受
信するために前記導管の外表面に離間した位置で
配設された第1および第2の変換器を備え、該第
1、第2の変換器は前記導管の外表面に対し共通
の側部に沿い実質的に垂直に配設され、さらに前
記第1の変換器から前記第2の変換器に伝送され
る前記信号を反射するために前記信号路に沿い前
記導管内に配設された反射手段を備え、前記第
1、第2の変換器は前記導管内を流れる流体の方
向に対し実質的に垂直に信号を送出するように取
付けられている、導管内の流体の流速測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/633,815 US4610167A (en) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | Apparatus for measuring flow velocity of fluids |
| US633815 | 1984-07-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6140512A JPS6140512A (ja) | 1986-02-26 |
| JPH054005B2 true JPH054005B2 (ja) | 1993-01-19 |
Family
ID=24541234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16039985A Granted JPS6140512A (ja) | 1984-07-23 | 1985-07-22 | 流体の流速測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4610167A (ja) |
| JP (1) | JPS6140512A (ja) |
| FR (1) | FR2568013B1 (ja) |
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-
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