JP4092977B2 - Flow measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体の流量を超音波を用いて計測する流量計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、特開平8−313316号公報に記載されているのが一般的であった。図7(a),(b)に従来の超音波流量計測装置1を示す。図(a)は、超音波流量計測装置1の水平断面を、(b)は垂直断面を示す。計測流路2は、幅W、高さHで構成され、矩形比(W/H)を数倍以上とし、短辺方向の長さHを代表長さとした層流の流れを実現していた。上流側および下流側に設けた一対の超音波送受信器3,4から超音波を送信,受信し、上流側から下流側、あるいは下流側から上流側への各々の超音波伝搬時間を計測し、その伝搬時間差から流体の流速を演算し、流体の流量を計測する構成であった。
【0003】
なお、矢印5および一点鎖線6は流体の流れる方向を、破線7は超音波の伝搬する方向を示し、流体の流れる方向との交叉角をθで示す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波流量計測装置では一方の超音波送受信器から送信された超音波が受信側の超音波送受信器に到達するまでに、途中で拡がった超音波が計測流路の上面あるいは下面に反射し、直接波に影響を与えて超音波伝搬時間の計測精度が悪くなるという課題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の超音波流量計測装置では被測定流体を流すための計測流路と、計測流路の上流側と下流側とに少なくとも一対の超音波送受信器を設け、かつ超音波送受信器間に被測定流体の流れ方向と平行に超音波送受信器のラストマックス以下の間隔ごとに複数の仕切り板を設け、仕切り板に超音波送受信器の超音波送信部を投影した形状の超音波透過窓を開け、超音波透過窓にメッシュを貼り付けることによって擬似境界面を設けることによって、計測流路で反射する超音波の影響を受けないようにし、また、超音波送受信器のラストマックスより長い距離でも超音波が拡がらなくし、反射の影響を受けずに超音波の伝搬時間を精度良く計測できるようにしたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波流量計測装置は、被測定流体を流すための計測流路と、計測流路の上流側と下流側とに少なくとも一対の超音波送受信器を設け、かつ超音波送受信器間に被測定流体の流れ方向と平行に超音波送受信器のラストマックス以下の間隔ごとに複数の仕切り 板を設け、仕切り板に超音波送受信器の超音波送信部を投影した形状の超音波透過窓を開け、超音波透過窓にメッシュを貼り付けることによって擬似境界面を設けることによって、計測流路で反射する超音波の影響を受けないようにし、また、超音波送受信器のラストマックスより長い距離でも超音波が拡がらなくし、反射の影響を受けずに超音波の伝搬時間を精度良く計測できるようにしたものである。
【0007】
また、仕切り板の超音波透過窓形状を矩形とし、超音波透過窓の垂直方向寸法を計測流路の高さに合わし、超音波透過窓の水平方向寸法を超音波送受信器の超音波送信部の幅以下にすることによって、超音波が垂直方向に均等な強さで受信器に伝わりやすくなり、計測流路内の被測定流体の流速を正確に測定できるようにしたものある。
【0008】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0009】
(実施例1)
本発明の第1実施例による流量計測装置について、図1及び図2に基づいて説明する。図1では一般的な超音波送受信器3からの超音波の伝搬状況を示している。超音波送受信器3から送信された超音波はラストマックス9まで平面波でまっすぐ進み、ラストマックス9以上になると球面波になり、一定の角度で拡がっていく。ここで、超音波送受信器からラストマックス9までの距離Xは次式で表される。
【0010】
X=D2/4λ
ここで、Dは超音波送受信器の送信部の直径で、λは超音波の波長を表す。また、図中の矢印8は超音波の進行方向を表す。
【0011】
図2は本発明の第1の手段による流量計測装置を示す図で、従来例との差異は超音波送受信器間の超音波が伝搬する距離Lを前記超音波送受信器からラストマックス9までの距離X以下にしたことを特長とすることである。こうすることによって、超音波が拡がらない範囲を伝搬時間計測に利用できるため、計測流路2内で発生する超音波の反射波の影響を受けることなく、直接波だけの伝搬時間計測が可能になり、伝搬時間の計測制度が向上する。
【0012】
(実施例2)
図3は本発明の第2の実施例による流量計測装置の水平断面を示す構成図である。
【0013】
基本的な構成は本発明の第1の実施例の説明と同じで、本実施例との差異は計測流路2の構成を超音波の伝搬に計測流路の壁面反射を利用した構造にしたことである。ここで破線7は従来例と同様に超音波の伝搬方向を示しており、超音波の伝搬距離は第1の実施例と同じ距離にしてあることを特長とする。このようにすることによって、計測流路2の水平方向寸法Wを短くしても第1の実施例と同様に伝搬時間の計測精度を向上させることができる。
【0014】
(実施例3)
図4は本発明の第3の実施例による流量計測装置の計測流路2の垂直方向断面図を示す。この計測流路2の特長は、超音波送受信器3,4の超音波伝搬距離Lを前記ラストマックス9までの距離X以下にし、さらに高さHを超音波送受信器の直径Dに合わせたことである。こうすることによって、計測流路2内の断面すべてを拡がりの少ない平面波の超音波で測定できるため、超音波の反射及び流速分布の影響を受けずに被測定流体の流速を正確に測定できる。
【0015】
(実施例4)
図5(a)は本発明の第4の実施例による流量計測装置の水平断面を示す構成図である。基本的な構成は本発明の第1の実施例と同じで、本実施例との差異は仕切り板10を設けたことである。仕切り板10は図5(b)で示すように、超音波が通る部分に超音波透過窓11を設けて、超音波透過窓11にメッシュを貼り付けた構成になっている。超音波透過窓11の形状は超音波送受信器3,4の超音波送信部の形状を超音波の伝搬方向から投影した形状としている。この仕切り板10は超音波伝搬方向上に擬似的に境界面をつくることを目的としている。このように擬似的な境界面をつくることによって、超音波の伝搬モードが超音波送受信器から仕切り板までと、仕切り板以降で変わるため、仕切り板から新しいモードで超音波が伝搬することになり、仕切り板10から平面波で伝搬する距離が新たに形成されることになる。これは超音波送受信器3,4から見た平面波の伝搬距離があたかもX+αに伸びたように考えることができる。
【0016】
よって、複数の仕切り板10を設けることによって、超音波送受信器3,4間の距離Lを超音波送受信器の周波数や送信部の直径を変えることなく長くすることができる。
【0017】
(実施例5)
図6は本発明の第5の実施例による流量計測装置の仕切り板10を示す図である。
【0018】
第5の実施例による流量計測装置の基本的な構成は第4の実施例と同じで、本実施例との差異は仕切り板10の超音波透過窓12の形状を図のように矩形にしたことである。矩形の寸法としては垂直方向は計測流路2の高さHに合わせ、水平方向は超音波送受信器の直径Dより充分短くする。このように矩形にすることによって、計測流路2内の垂直方向を同じ幅で超音波が伝搬するため、計測流路2内の流速の状態を均等に超音波が受けるため、より流速を正確に測定できる。
【0019】
以上のように第1の実施例による流量計測装置によれば、計測流路内で発生する超音波の反射波の影響を受けずに超音波の伝搬時間を正確に計測できるため、流量計測精度が向上する。
【0020】
第2の実施例による流量計測装置によれば、第1の実施例による効果に加えて、計測流路の幅を狭くしても伝搬距離を長くできるため、より高精度の小型流量計測装置が可能になる。
【0021】
第3の実施例による流量計測装置によれば、第1の実施例による効果に加えて、計測流路内の断面方向をすべて計測できるため、流速分布の影響を受けずに流量測定が可能になる。
【0022】
第4の実施例による流量計測装置によれば、第1の実施例による効果に加えて、超音波送受信器の周波数や送信部の直径を変えることなく、計測流路を大きくできるため、計測可能流量範囲を広くすることが可能である。
【0023】
第5の実施例による流量計測装置によれば、第4の実施例のよる効果に加えて、計測流路の垂直方向を均等に測定できるため、より流速分布の影響を受けずに流量が正確に測定できる。
【0024】
【発明の効果】
以上により、本発明は、流量計測をより広範囲でかつ正確に測定することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 超音波送受信器からの超音波伝搬状態を示す図
【図2】 本発明の第1の実施例における流量計測装置を示す詳細図
【図3】 本発明の第2実施例の計測流路水平方向断面図
【図4】 本発明の第3の実施例の計測流路垂直方向断面図
【図5】 本発明の第4実施例における流量計測装置を示す構成図
【図6】 本発明の第5の実施例の仕切り板構成図
【図7】 従来の流量計測装置を示す構成図
【符号の説明】
1 流量計測装置
2 計測流路
3 超音波送受信器
4 超音波送受信器
5 被測定流体流れ方向
6 被測定流体流れ方向
7 超音波伝搬方向
8 超音波の伝搬方向
9 ラストマックス
10 仕切り板
11 超音波透過窓
12 超音波透過窓[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow rate measuring apparatus that measures the flow rate of a fluid using ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
A conventional flow measuring device of this type is generally described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-313316. 7 (a) and 7 (b) show a conventional ultrasonic
[0003]
The
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional ultrasonic flow measuring device, the ultrasonic wave that has spread in the middle of the ultrasonic wave transmitted from one ultrasonic wave transmitter / receiver reaches the ultrasonic wave transmitter / receiver on the receiving side is not measured. There is a problem that the measurement accuracy of the ultrasonic wave propagation time is deteriorated due to the direct reflection and the direct wave.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the ultrasonic flow measuring device of the present invention , at least a pair of ultrasonic transmitters / receivers are provided on the measurement flow channel for flowing the fluid to be measured, on the upstream side and the downstream side of the measurement flow channel, and A shape in which a plurality of partition plates are provided at intervals equal to or less than the last maximum of the ultrasonic transmitter / receiver between the ultrasonic transmitter / receiver in parallel with the flow direction of the fluid to be measured, and the ultrasonic transmitter of the ultrasonic transmitter / receiver is projected onto the partition plate open the ultrasound transparent window, by Rukoto provided a pseudo interface by attaching the mesh to the ultrasonic transmission window, so as not affected by the ultrasonic wave reflected by the measurement flow path, also ultrasonic transducer The ultrasonic wave does not spread even at a distance longer than the last max, and the propagation time of the ultrasonic wave can be accurately measured without being affected by reflection.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ultrasonic flow rate measuring device of the present invention includes a measurement channel for flowing a fluid to be measured, and at least a pair of ultrasonic transmitters / receivers on the upstream side and the downstream side of the measurement channel, and between the ultrasonic transmitters / receivers. In parallel with the flow direction of the fluid to be measured, a plurality of partition plates are provided at intervals equal to or less than the last maximum of the ultrasonic transmitter / receiver, and an ultrasonic transmission window having a shape in which the ultrasonic transmitter of the ultrasonic transmitter / receiver is projected on the partition plate. By opening and pasting the mesh to the ultrasonic transmission window, a pseudo boundary surface is provided so that it is not affected by the ultrasonic wave reflected by the measurement flow path, and even at a distance longer than the last max of the ultrasonic transceiver. The ultrasonic wave does not spread, and the ultrasonic wave propagation time can be accurately measured without being affected by reflection.
[0007]
In addition, the shape of the ultrasonic transmission window of the partition plate is rectangular, the vertical dimension of the ultrasonic transmission window is adjusted to the height of the measurement channel, and the horizontal dimension of the ultrasonic transmission window is set to the ultrasonic transmission unit of the ultrasonic transceiver. By making the width less than or equal to the width, the ultrasonic wave can be easily transmitted to the receiver with a uniform intensity in the vertical direction, and the flow velocity of the fluid to be measured in the measurement channel can be accurately measured.
[0008]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
Example 1
A flow rate measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the propagation state of ultrasonic waves from a general
[0010]
X = D2 / 4λ
Here, D is the diameter of the transmission part of the ultrasonic transceiver, and λ represents the wavelength of the ultrasonic wave. Moreover, the
[0011]
FIG. 2 is a diagram showing a flow rate measuring apparatus according to the first means of the present invention. The difference from the conventional example is that the distance L in which ultrasonic waves propagate between the ultrasonic transceivers is measured from the ultrasonic transceiver to the last max 9. The feature is that the distance is X or less. By doing this, the range in which the ultrasonic wave does not spread can be used for propagation time measurement, so that it is possible to measure the propagation time of only the direct wave without being affected by the reflected wave of the ultrasonic wave generated in the
[0012]
(Example 2)
FIG. 3 is a block diagram showing a horizontal cross section of the flow rate measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0013]
The basic configuration is the same as that of the first embodiment of the present invention, and the difference from this embodiment is that the configuration of the
[0014]
(Example 3)
FIG. 4 is a vertical sectional view of the
[0015]
Example 4
FIG. 5A is a configuration diagram showing a horizontal cross section of a flow rate measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as that of the first embodiment of the present invention. The difference from this embodiment is that the
[0016]
Therefore, by providing the plurality of
[0017]
(Example 5)
FIG. 6 is a view showing a
[0018]
The basic configuration of the flow rate measuring apparatus according to the fifth embodiment is the same as that of the fourth embodiment. The difference from this embodiment is that the shape of the ultrasonic transmission window 12 of the
[0019]
As described above, according to the flow rate measuring apparatus according to the first embodiment, the ultrasonic wave propagation time can be accurately measured without being affected by the reflected wave of the ultrasonic wave generated in the measurement flow path. Will improve.
[0020]
According to the flow rate measuring device of the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the propagation distance can be increased even if the width of the measurement channel is narrowed. It becomes possible.
[0021]
According to the flow rate measuring apparatus of the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, all the cross-sectional directions in the measurement flow path can be measured, so that the flow rate can be measured without being affected by the flow velocity distribution. Become.
[0022]
According to the flow rate measuring apparatus of the fourth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the measurement channel can be enlarged without changing the frequency of the ultrasonic transmitter / receiver or the diameter of the transmitter, so that measurement is possible. It is possible to widen the flow range.
[0023]
According to the flow rate measuring apparatus of the fifth embodiment, in addition to the effects of the fourth embodiment, the vertical direction of the measurement channel can be measured uniformly, so that the flow rate is more accurate without being affected by the flow velocity distribution. Can be measured.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can measure the flow rate more accurately in a wider range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an ultrasonic wave propagation state from an ultrasonic transmitter / receiver. FIG. 2 is a detailed diagram showing a flow rate measuring apparatus according to a first embodiment of the invention. FIG. 3 is a measurement of a second embodiment of the invention. Cross-sectional view in the horizontal direction of the flow path [FIG. 4] Cross-sectional view in the vertical direction of the measurement flow path in the third embodiment of the present invention [FIG. 5] Configuration diagram showing the flow rate measuring device in the fourth embodiment of the present invention [FIG. FIG. 7 is a block diagram of a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing a conventional flow rate measuring apparatus.
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002229727A JP4092977B2 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Flow measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002229727A JP4092977B2 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Flow measuring device |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2004069520A JP2004069520A (en) | 2004-03-04 |
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Family
ID=32016014
Family Applications (1)
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| JP2002229727A Expired - Lifetime JP4092977B2 (en) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | Flow measuring device |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP4092977B2 (en) |
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2002
- 2002-08-07 JP JP2002229727A patent/JP4092977B2/en not_active Expired - Lifetime
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