JPH11237264A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
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- JPH11237264A JPH11237264A JP10054457A JP5445798A JPH11237264A JP H11237264 A JPH11237264 A JP H11237264A JP 10054457 A JP10054457 A JP 10054457A JP 5445798 A JP5445798 A JP 5445798A JP H11237264 A JPH11237264 A JP H11237264A
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- ultrasonic
- transducer
- ultrasonic flowmeter
- wall surface
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- Pending
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】送受各トランスジューサ間の最短の伝播経路を
経ない超音波の成分の影響を低減することにより、受信
側トランスジューサにおける受信時点を高精度で確定で
きる高精度の超音波流量計を提供する。 【解決手段】本発明の超音波流量計は、管路内を流れる
流体中にトランスジューサ（T1,T2)が発生した超音波を
放射し、この超音波を受信し、伝播所要時間や周波数シ
フト量などの特性から流体の流速又は流量を測定する。
そして、この超音波流量計では、超音波が伝播する部分
の管路の内壁面のうち少なくとも一つに凹凸が形成さ
れ、最短伝播経路から外れて伝播する超音波の成分につ
いては、内壁面での反射回数の増大により受信側のトラ
ンスジューサへの到達時点の遅延が図られる。
経ない超音波の成分の影響を低減することにより、受信
側トランスジューサにおける受信時点を高精度で確定で
きる高精度の超音波流量計を提供する。 【解決手段】本発明の超音波流量計は、管路内を流れる
流体中にトランスジューサ（T1,T2)が発生した超音波を
放射し、この超音波を受信し、伝播所要時間や周波数シ
フト量などの特性から流体の流速又は流量を測定する。
そして、この超音波流量計では、超音波が伝播する部分
の管路の内壁面のうち少なくとも一つに凹凸が形成さ
れ、最短伝播経路から外れて伝播する超音波の成分につ
いては、内壁面での反射回数の増大により受信側のトラ
ンスジューサへの到達時点の遅延が図られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の伝播時間
差などから流体の流量や流速を計測する超音波流量計に
関するものである。
差などから流体の流量や流速を計測する超音波流量計に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】測定対象の流体中に超音波を伝播させ、
その下流方向と上流方向への伝播時間の差から流量や流
速を計測する超音波流量計が広く使用されている。最も
簡単な構成の超音波流量計では、１対のトランスジュー
サ（電気／音響変換器あるいは超音波振動子）が流体内
の上流側と下流側とに対向させて設置される。しかなが
ら、通常は、トランスジューサを流路内に設置すること
に伴う流速の乱れなどの問題を回避するために、トラン
スジューサを流体の流路の外側に設置する場合が多い。
その下流方向と上流方向への伝播時間の差から流量や流
速を計測する超音波流量計が広く使用されている。最も
簡単な構成の超音波流量計では、１対のトランスジュー
サ（電気／音響変換器あるいは超音波振動子）が流体内
の上流側と下流側とに対向させて設置される。しかなが
ら、通常は、トランスジューサを流路内に設置すること
に伴う流速の乱れなどの問題を回避するために、トラン
スジューサを流体の流路の外側に設置する場合が多い。
【０００３】このようにトランスジューサを流路の外部
に設置する超音波流量計では、図２に例示するように、
流路の外側に管路に対して斜めにかつ互いに対向するよ
うに１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２が設置され、矢
印で示す流れに対して所定の角度傾いた点線で示す超音
波の直線状の伝播路が形成される。図３に示すように管
路の一つの壁面に１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２を
設置するために、各トランスジューサを設置する面と対
向する管路の内壁面を反射面として利用することによっ
て、点線で示すＶ字形状の超音波の伝播経路を形成する
方式も知られている。更には、上下の内壁面上で反射を
３回生じさせることによりＷ字形状の超音波の伝播経路
を形成する方式も知られている。
に設置する超音波流量計では、図２に例示するように、
流路の外側に管路に対して斜めにかつ互いに対向するよ
うに１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２が設置され、矢
印で示す流れに対して所定の角度傾いた点線で示す超音
波の直線状の伝播路が形成される。図３に示すように管
路の一つの壁面に１対のトランスジューサＴ１，Ｔ２を
設置するために、各トランスジューサを設置する面と対
向する管路の内壁面を反射面として利用することによっ
て、点線で示すＶ字形状の超音波の伝播経路を形成する
方式も知られている。更には、上下の内壁面上で反射を
３回生じさせることによりＷ字形状の超音波の伝播経路
を形成する方式も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】流路の断面形状が円形
の場合の超音波の伝播経路は、図４（Ａ）中に点線で示
すように、対向するトランスジューサＴ１とＴ２の間を
直線で結ぶ最短経路と、この最短経路の周りに出現する
曲線状の多数の経路から成る。湾曲した外側の伝播経路
上を伝播した超音波は、直線状の最短経路を経た超音波
よりも遅れて受信されることになる。この結果、超音波
の受信波形が時間軸上で拡がってしまい、受信の時点、
従って、伝播所要時間を判別するのが困難になる。ま
た、この円形断面の導波管においても、矩形断面の導波
管の場合と同様に、直線状の点線で例示した伝播経路を
経て受信側のトランスジューサに入射する反射波によっ
ても受信波形が時間軸上で拡がってしまうという問題が
ある。
の場合の超音波の伝播経路は、図４（Ａ）中に点線で示
すように、対向するトランスジューサＴ１とＴ２の間を
直線で結ぶ最短経路と、この最短経路の周りに出現する
曲線状の多数の経路から成る。湾曲した外側の伝播経路
上を伝播した超音波は、直線状の最短経路を経た超音波
よりも遅れて受信されることになる。この結果、超音波
の受信波形が時間軸上で拡がってしまい、受信の時点、
従って、伝播所要時間を判別するのが困難になる。ま
た、この円形断面の導波管においても、矩形断面の導波
管の場合と同様に、直線状の点線で例示した伝播経路を
経て受信側のトランスジューサに入射する反射波によっ
ても受信波形が時間軸上で拡がってしまうという問題が
ある。
【０００５】管路の内壁面を反射面として利用すること
によってＶ字形状やＷ字形状の超音波の伝播経路を形成
する流量計では、図４（Ｂ）に示すように、トランスジ
ューサを設置する管壁面と対向する内壁面に平面状の反
射面を確保するために、矩形断面形状の管路が利用され
る。このような矩形断面の管路では、トランスジューサ
Ｔ１，Ｔ２の一方から放射された超音波のうち側壁に対
して斜めに放射された成分が一方の側壁、下方の反射面
及び他方の側壁で反射されて他方のトランスジューサに
入射するので、側壁に平行に放射された成分よりも遅れ
て受信側のトランスジューサに入射し、ゼロクロス点な
どとして定義される受信時点の判別を困難にする。
によってＶ字形状やＷ字形状の超音波の伝播経路を形成
する流量計では、図４（Ｂ）に示すように、トランスジ
ューサを設置する管壁面と対向する内壁面に平面状の反
射面を確保するために、矩形断面形状の管路が利用され
る。このような矩形断面の管路では、トランスジューサ
Ｔ１，Ｔ２の一方から放射された超音波のうち側壁に対
して斜めに放射された成分が一方の側壁、下方の反射面
及び他方の側壁で反射されて他方のトランスジューサに
入射するので、側壁に平行に放射された成分よりも遅れ
て受信側のトランスジューサに入射し、ゼロクロス点な
どとして定義される受信時点の判別を困難にする。
【０００６】従って、本発明の目的は、最短の伝播経路
を経ない超音波成分の影響を低減することによって受信
時点を高精度で確定できる超音波流量計を提供すること
にある。
を経ない超音波成分の影響を低減することによって受信
時点を高精度で確定できる超音波流量計を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の超音波流量計は、管路内を流れる流体中にトランス
ジューサが発生した超音波を放射し、この超音波を受信
し、伝播所要時間や周波数シフト量などの特性から流体
の流速又は流量を測定する超音波流量計であって、超音
波が伝播する部分の管路の内壁面のうち少なくとも一つ
に凹凸が形成されている。
明の超音波流量計は、管路内を流れる流体中にトランス
ジューサが発生した超音波を放射し、この超音波を受信
し、伝播所要時間や周波数シフト量などの特性から流体
の流速又は流量を測定する超音波流量計であって、超音
波が伝播する部分の管路の内壁面のうち少なくとも一つ
に凹凸が形成されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記超音波流量計は矩形断面形状を有する上記管路
の内壁面の一部を反射面として利用する反射型の超音波
流量計を構成している。
ば、上記超音波流量計は矩形断面形状を有する上記管路
の内壁面の一部を反射面として利用する反射型の超音波
流量計を構成している。
【０００９】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
上記反射面として利用される内壁面の反射予定箇所の前
後に凹凸が形成されている。本発明の更に他の好適な実
施の形態によれば、管路の内壁面に形成される凹凸は、
管路の長手方向にほぼ等間隔で平行に延長される山型の
溝から構成される。更に好適には、上記管路の内壁面に
形成される山型の溝の間隔は、管路内を伝播する超音波
の波長のほぼ２倍以上の値に設定される。
上記反射面として利用される内壁面の反射予定箇所の前
後に凹凸が形成されている。本発明の更に他の好適な実
施の形態によれば、管路の内壁面に形成される凹凸は、
管路の長手方向にほぼ等間隔で平行に延長される山型の
溝から構成される。更に好適には、上記管路の内壁面に
形成される山型の溝の間隔は、管路内を伝播する超音波
の波長のほぼ２倍以上の値に設定される。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の超音波流量計の
構成を示す断面図であり、（Ａ）は矩形管路の管軸を含
む面で切断した縦断面図、（Ｂ）と（Ｃ）のそれぞれ
は、縦断面図（Ａ）中にＢ−ＢとＣ−Ｃで示した切断面
に沿って切断した横断面図である。
構成を示す断面図であり、（Ａ）は矩形管路の管軸を含
む面で切断した縦断面図、（Ｂ）と（Ｃ）のそれぞれ
は、縦断面図（Ａ）中にＢ−ＢとＣ−Ｃで示した切断面
に沿って切断した横断面図である。
【００１１】この超音波流量計によれば、流体の流路を
形成する矩形状の管路の上方の壁面にトランスジューサ
Ｔ１とＴ２が設置されている。管路のうち超音波が伝播
する箇所の下方の内壁面には、（Ａ）と（Ｂ）に示すよ
うに、管路の長手方向に沿ってトランスジューサＴ１と
Ｔ２の中間に位置する箇所を除いて、ほぼ等間隔を保ち
ながら互いに平行に管路の長手方向に延長される山型の
溝が形成されている。さらに、（Ｃ）に示すように、管
路のうち超音波が伝播する箇所の側方の内壁面には、ほ
ぼ等間隔を保ちながら互いに平行に管路の長手方向に延
長される山型の溝が形成されている。
形成する矩形状の管路の上方の壁面にトランスジューサ
Ｔ１とＴ２が設置されている。管路のうち超音波が伝播
する箇所の下方の内壁面には、（Ａ）と（Ｂ）に示すよ
うに、管路の長手方向に沿ってトランスジューサＴ１と
Ｔ２の中間に位置する箇所を除いて、ほぼ等間隔を保ち
ながら互いに平行に管路の長手方向に延長される山型の
溝が形成されている。さらに、（Ｃ）に示すように、管
路のうち超音波が伝播する箇所の側方の内壁面には、ほ
ぼ等間隔を保ちながら互いに平行に管路の長手方向に延
長される山型の溝が形成されている。
【００１２】トランスジューサＴ１とＴ２の一方から放
射される超音波のうち、図中にS0で示すように、側壁に
対して平行に放射されて最短の伝播経路上を伝播する成
分は管路の側方の内壁面に形成された凹凸面に入射する
ことなく、下方の内壁面のうちトランスジューサＴ１と
Ｔ２の中間に位置する凹凸面が形成されていない部分で
反射され、他方のトランスジューサに入射する。すなわ
ち、トランスジューサＴ１とＴ２の間にＶ字形状の伝播
経路が形成される。
射される超音波のうち、図中にS0で示すように、側壁に
対して平行に放射されて最短の伝播経路上を伝播する成
分は管路の側方の内壁面に形成された凹凸面に入射する
ことなく、下方の内壁面のうちトランスジューサＴ１と
Ｔ２の中間に位置する凹凸面が形成されていない部分で
反射され、他方のトランスジューサに入射する。すなわ
ち、トランスジューサＴ１とＴ２の間にＶ字形状の伝播
経路が形成される。
【００１３】これに対して、トランスジューサＴ１とＴ
２の一方から放射される超音波のうち、図中にS1〜S6で
示すように側壁に対して斜めの伝播経路などの上を伝播
する成分は、いずれも管路の内壁面に形成された山型の
溝の部分に入射し、この入射面への入射角に依存した種
々の方向に反射される。この凹凸面で反射された超音波
の成分のうちその大部分は、管路の内壁面の種々の箇所
で多重反射を繰り返すため、最短経路を通った成分が受
信側のトランスジューサに到達したのち相当の時間が経
過するまではこの受信側のトランスジューサには到達し
ないか、到達するとしても多重反射に伴って振幅が大幅
に減衰している。このため、受信電圧波形が０voltの線
を切る時点、すなわちゼロクロス点などによって定義さ
れる受信時点の識別は、最短の伝播経路を経た超音波の
成分を主体として行われ、測定精度が向上する。
２の一方から放射される超音波のうち、図中にS1〜S6で
示すように側壁に対して斜めの伝播経路などの上を伝播
する成分は、いずれも管路の内壁面に形成された山型の
溝の部分に入射し、この入射面への入射角に依存した種
々の方向に反射される。この凹凸面で反射された超音波
の成分のうちその大部分は、管路の内壁面の種々の箇所
で多重反射を繰り返すため、最短経路を通った成分が受
信側のトランスジューサに到達したのち相当の時間が経
過するまではこの受信側のトランスジューサには到達し
ないか、到達するとしても多重反射に伴って振幅が大幅
に減衰している。このため、受信電圧波形が０voltの線
を切る時点、すなわちゼロクロス点などによって定義さ
れる受信時点の識別は、最短の伝播経路を経た超音波の
成分を主体として行われ、測定精度が向上する。
【００１４】山型の溝の高さやピッチが超音波の波長に
比べて極端に小さくなると、入射波を種々の方向に反射
する機能が失われる。そこで、この山型の溝の高さやピ
ッチは、超音波の波長の２倍以上の値に設定される。例
えば、流量を測定しようとする流体が気体の場合、その
内部を伝播する超音波の伝播速度は340m/secであるか
ら、超音波の周波数を680 ｋHzとすると、この気体の内
部を伝播する超音波の波長は、0.5mm となる。この場
合、この波長の２倍程度の１mm以上の高さとピッチの山
型の溝が内壁面に形成される。更に短い波長の超音波を
使用する場合には、管路の内壁面に対してサンドブラス
トを行うことなどにより不規則な粗面を形成することも
できる。
比べて極端に小さくなると、入射波を種々の方向に反射
する機能が失われる。そこで、この山型の溝の高さやピ
ッチは、超音波の波長の２倍以上の値に設定される。例
えば、流量を測定しようとする流体が気体の場合、その
内部を伝播する超音波の伝播速度は340m/secであるか
ら、超音波の周波数を680 ｋHzとすると、この気体の内
部を伝播する超音波の波長は、0.5mm となる。この場
合、この波長の２倍程度の１mm以上の高さとピッチの山
型の溝が内壁面に形成される。更に短い波長の超音波を
使用する場合には、管路の内壁面に対してサンドブラス
トを行うことなどにより不規則な粗面を形成することも
できる。
【００１５】以上、途中に反射面を設けてＶ字形状の伝
播経路を形成する構成を例示した。しかしながら、図２
に示したように、管路の壁面の両側に１対のトランスジ
ューサを設置してトランスジューサ間で直接超音波を送
受するような構成に対しても本発明を適用できる。この
場合、両側面に凹凸面が形成される。
播経路を形成する構成を例示した。しかしながら、図２
に示したように、管路の壁面の両側に１対のトランスジ
ューサを設置してトランスジューサ間で直接超音波を送
受するような構成に対しても本発明を適用できる。この
場合、両側面に凹凸面が形成される。
【００１６】また、管路の断面形状が矩形の場合を例に
とって本発明を説明した。しかしながら、円形など他の
適宜な形状の断面の場合にも本発明を適用できる。この
場合側壁の内壁面などに凹凸面が形成される。
とって本発明を説明した。しかしながら、円形など他の
適宜な形状の断面の場合にも本発明を適用できる。この
場合側壁の内壁面などに凹凸面が形成される。
【００１７】さらに、超音波の伝播時間差から流量を測
定する装置について本発明の説明した。しかしながら、
超音波のドップラーシフト量から流速や流量を測定する
形式の流量計にも本発明を適用できる。
定する装置について本発明の説明した。しかしながら、
超音波のドップラーシフト量から流速や流量を測定する
形式の流量計にも本発明を適用できる。
【００１８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波流量計は超音波が伝播する部分の管路の内壁面のう
ち少なくとも一つに凹凸を形成する構成であるから、最
短の伝播経路から外れて内壁面に入射する超音波の成分
がそのような凹凸面で多重反射を受け、その伝播時間が
長引くと共に減衰量が増大する。この結果、最短の伝播
経路を経た超音波の成分によって受信時点が定まり、測
定精度が向上するという効果が奏される。
音波流量計は超音波が伝播する部分の管路の内壁面のう
ち少なくとも一つに凹凸を形成する構成であるから、最
短の伝播経路から外れて内壁面に入射する超音波の成分
がそのような凹凸面で多重反射を受け、その伝播時間が
長引くと共に減衰量が増大する。この結果、最短の伝播
経路を経た超音波の成分によって受信時点が定まり、測
定精度が向上するという効果が奏される。
【図１】本発明の一実施例の超音波流量計の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】従来の典型的な超音波流量計の構成の一例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】従来の典型的な超音波流量計の他の構成の一例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図４】本発明の解決課題を説明するための断面図であ
る。
る。
T1,T2 トランスジューサ S0 トランスジューサ間の最短の超音波の伝播経
路 S1〜S6 凹凸面が形成された内壁面に入射する超音波
の伝播経路
路 S1〜S6 凹凸面が形成された内壁面に入射する超音波
の伝播経路
Claims (5)
- 【請求項１】管路内を流れる流体中にトランスジューサ
が発生した超音波を放射し、この超音波を受信し、伝播
所要時間や周波数シフト量などの特性から流体の流速又
は流量を測定する超音波流量計において、 前記超音波が伝播する部分の管路の内壁面のうち少なく
とも一つに凹凸が形成されたことを特徴とする超音波流
量計。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記超音波流量計は矩形断面形状の管路の内壁面の一部
を反射面として利用する反射型の超音波流量計であるこ
とを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記反射面として利用される管路の内壁面のうち反射予
定箇所の前後に前記凹凸が形成されたことを特徴とする
超音波流量計。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のそれぞれにおいて、 前記凹凸は、前記管路の長手方向にほぼ等間隔で平行に
延長される山型の溝であることを特徴とする超音波流量
計。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記山型の溝の間隔は放射される超音波の波長のほぼ２
倍以上の値に設定されることを特徴とする超音波流量
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10054457A JPH11237264A (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10054457A JPH11237264A (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 超音波流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11237264A true JPH11237264A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=12971217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10054457A Pending JPH11237264A (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11237264A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005083372A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | パルスドップラ方式と伝搬時間差方式の両方式対応型超音波流量計、同流量計において測定方式を自動選択する方法およびプログラム、同流量計用の電子装置 |
| WO2005083370A1 (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-09 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | 超音波流量計および超音波流量測定方法 |
| CN100401022C (zh) * | 2004-02-26 | 2008-07-09 | 富士电机系统株式会社 | 超声波流量计和超声波流量测量方法 |
-
1998
- 1998-02-19 JP JP10054457A patent/JPH11237264A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005083370A1 (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-09 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | 超音波流量計および超音波流量測定方法 |
| CN100401022C (zh) * | 2004-02-26 | 2008-07-09 | 富士电机系统株式会社 | 超声波流量计和超声波流量测量方法 |
| US7437948B2 (en) | 2004-02-26 | 2008-10-21 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic flow rate measurement method |
| WO2005083372A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | パルスドップラ方式と伝搬時間差方式の両方式対応型超音波流量計、同流量計において測定方式を自動選択する方法およびプログラム、同流量計用の電子装置 |
| CN100402987C (zh) * | 2004-02-27 | 2008-07-16 | 富士电机系统株式会社 | 与脉冲多普勒方法和传播时间差方法兼容的超声波流量计、在流量计中自动选择测量方法的方法、用于流量计的电子设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031216 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040206 |