JP5113354B2 - Ultrasonic flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、超音波の伝播時間差方式により流量を測定する超音波流量計に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures a flow rate by an ultrasonic propagation time difference method.
従来、内径が例えば10mm以下の小口径の管路における超音波流量計においては、その測定を精度良く実施することは困難とされている。 Conventionally, in an ultrasonic flowmeter in a small-diameter pipe having an inner diameter of, for example, 10 mm or less, it is difficult to accurately perform the measurement.
通常行われている図3に示すZ式や、図4に示すV式の超音波伝達経路を用いた測定では、管路1の径が小さいと超音波送受信器2、3からの超音波が流体中を伝播する距離が短いため、流量測定の分解能が低い。
In the measurement using the Z-type ultrasonic transmission path shown in FIG. 3 or the V-type ultrasonic transmission path shown in FIG. 4 that is normally performed, if the diameter of the
そこで、図5に示すように超音波送受信器2、3間の距離を長くすると、超音波が管路1の管壁で反射する回数が増えてしまい、得られる信号波形の強度が減衰し、SN比が小さなものとなってしまう。
Therefore, when the distance between the ultrasonic transmitters /
これらの問題を解決し、波路長を長くするために超音波送受信器2、3の管路1に対する超音波送受信角度θを大きくして反射回数を減らすと、超音波の管路内への送信効率や管内からの受信効率が悪化する。
To solve these problems and increase the ultrasonic transmission / reception angle θ with respect to the
そこで、図6に示すようなコの字型の管路4、或いは図7に示すようなクランク型の管路5を用いて、両側に超音波送受信器2、3を配置し、この間の超音波伝播によって流量を測定することがある。
Therefore, using the
この型式の測定方式においては、管路4、5内への超音波の送受信効率が向上し、管路4、5の内壁による超音波の反射が少ないという利点はある。しかし、管路4、5には直角路があって、流体力学上の圧力損失が発生し易く、流体の滞留部が生じ、屈折部に沈殿物が堆積し易いなどの問題がある。
In this type of measurement method, there is an advantage that the transmission / reception efficiency of ultrasonic waves into the
このような観点から、小口径の管路における超音波による流量測定においては、次の条件を備えることが好ましい。 From such a viewpoint, it is preferable that the following conditions be provided in the flow rate measurement using ultrasonic waves in a small-diameter pipe.
(1)管路内での超音波送受信器における伝達時間の測定精度の分解能を高めるために、超音波の伝播距離を長くする。 (1) In order to increase the resolution of the measurement accuracy of the transmission time in the ultrasonic transmitter / receiver in the pipeline, the propagation distance of the ultrasonic wave is increased.
(2)超音波の反射には減衰が伴うので、管壁での反射回数をできるだけ少なくする。 (2) Since the reflection of ultrasonic waves is accompanied by attenuation, the number of reflections on the tube wall is minimized.
(3)反射を必要とする場合も、管路内での流体の反射における管壁外への透過波を少なくするために、管壁の法線に対し大きな反射角度を持たせる。 (3) Even when reflection is required, a large reflection angle is given to the normal line of the tube wall in order to reduce the transmitted wave to the outside of the tube wall in the reflection of the fluid in the pipe line.
(4)管路での流体の圧力損失をできるだけ少なくする。 (4) Reduce the pressure loss of the fluid in the pipeline as much as possible.
しかし、このような(1)〜(4)の条件を同時に満足させることは、従来のような直管路のみの管路だけでは実現が難しい。 However, it is difficult to satisfy the conditions (1) to (4) at the same time by using only a conventional straight line.
本発明の目的は、上述の課題を解消し、測定管に曲管路を用いた流量測定精度が高い超音波流量計を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide an ultrasonic flowmeter having high flow measurement accuracy using a curved pipe line as a measurement pipe.
上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量計の技術的特徴は、一端を開口端とし他端を閉塞部とした直管部を内部にそれぞれ形成した合成樹脂材から成る一対のブロック体を保持部材により所定間隔に保持し、円周の略1/4の長さを有する円弧状の曲管部により前記各ブロック体に設けた継手を介して前記直管部の開口端同士を接続し、前記直管部の閉塞部を介して超音波パルスを前記直管部の軸方向に向けて送受信する超音波送受信器を前記各ブロック体に取り付け、前記各ブロック体の直管部の閉塞部の近傍に、前記直管部に対し側方から一対の流体導管をそれぞれの管軸同士を一致させて前記ブロック体に設けた継手を介して接続し、一方の前記超音波送受信器から発した超音波パルスが前記一方のブロック体の直管部を経て前記曲管部内で反射し、他方の前記ブロック体の直管部を経て他方の前記超音波送受信器に到達するようにしたことにある。 In order to achieve the above object, the technical feature of the ultrasonic flowmeter according to the present invention is that a pair of blocks made of a synthetic resin material each having a straight pipe portion with one end as an open end and the other end as a closed portion are formed therein. The body is held at a predetermined interval by a holding member, and the open ends of the straight pipe portions are connected to each other through a joint provided in each block body by an arc-shaped curved pipe portion having a length of approximately ¼ of the circumference. An ultrasonic transmitter / receiver for connecting and transmitting / receiving ultrasonic pulses in the axial direction of the straight pipe portion through the closed portion of the straight pipe portion is attached to each block body, and the straight pipe portion of each block body is attached A pair of fluid conduits are connected to the straight pipe part from the side in the vicinity of the closed part via a joint provided on the block body with the pipe axes aligned with each other, and from one ultrasonic transceiver The emitted ultrasonic pulse passes through the straight pipe portion of the one block body. Reflected by the curved pipe portion, through the straight pipe portion of the other of said block body lies in the to reach the other of the ultrasonic transducers.
本発明に係る超音波流量計によれば、測定管に曲管部を設け、圧力損失を少なくし、測定精度が向上する。また、流体導管を鉛直方向に向けて使用した場合には、流体中の沈殿物の堆積も少ない。 According to the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the curved pipe portion is provided in the measurement pipe, the pressure loss is reduced, and the measurement accuracy is improved. In addition, when the fluid conduit is used in the vertical direction, deposits in the fluid are reduced.
本発明を図1、図2に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 The present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.
図1は実施例1の超音波流量計の構成図を示し、中央に円弧状の曲管部11を有する測定管12の両管端部は直管部13、14とされている。曲管部11は直管部13、14の開口端に接続され、直管部13、14の他端部は閉塞部15、16とされている。なお、曲管部11の大きさは、円周の略1/4の大きさとされている。
FIG. 1 shows a configuration diagram of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, and both end portions of a
閉塞部15、16には、第1、第2の超音波送受信器17、18がその送受信方向を直管部13、14の管軸方向に向けてそれぞれ取り付けられている。更に、直管部13、14には、側方から一対の流体導管19、20が接続され、これらの流体導管19、20の管軸同士は同一線上にある。
First and second ultrasonic transmitters /
実際には、直管部13、14はそれぞれ合成樹脂材を射出成型したブロック体21、21’中に成型され、ブロック体21、21’にはそれぞれ曲管部11に対する継手部、流体導管19、20に対する継手部、第1、第2の超音波送受信器17、18の取付部が形成されている。
Actually, the
そして、一方のブロック体21の直管部13に、曲管部11の一端、流体導管19が接続され、更に直管部14の閉塞部15を介して第1の超音波送受信器17が取り付けられている。また、他方のブロック体21’の直管部14には、曲管部11の他端、流体導管20が接続され、更に直管部15の閉塞部16を介して第2の超音波送受信器18が取り付けられ、ブロック体21、21’同士は例えば金属板22により所定間隔に保持されている。
Then, one end of the
被測定流体は流体導管19から直管部13、曲管部11を経て、直管部14、流体導管20に流れる。測定に際して、第1の超音波送受信器17から発信された超音波パルスは、効率良く直管部13、曲管部11内に入射して、曲管部11の内壁による反射点11a、11bにおいて反射して、直管部14を経て第2の超音波送受信器18に入射して、測定データとなる超音波信号が得られる。また、第2の超音波送受信器18からの超音波パルスも同様に直管部14、曲管部11、直管部13を経て第1の超音波送受信器17に至る。
The fluid to be measured flows from the
第1の超音波送受信器17から第2の送受信器18への超音波パルスの発信と、第2の送受信器18から第1の送受信器17への超音波パルスの発信は交互になされる。第1の送受信器17から発信された超音波パルスが、曲管部11の2個所の反射点11a、11bで反射されて第2の送受信器18で受信するまでの時間は、超音波パルスが流体の進行に重畳するため、第2の送受信器18から発信し曲管部11での2回の反射を経て第1の送受信器17に至る時間よりも、流速に相応して短くなっている。
Transmission of ultrasonic pulses from the first ultrasonic transmitter /
これらの時間は図示しない測定回路により測定され、得られた時間差は被測定流体の流速に関係するので、この時間差によって流速が求まり、測定管12の断面積を乗ずることによって測定流量が得られる。
These times are measured by a measurement circuit (not shown), and the obtained time difference is related to the flow velocity of the fluid to be measured. Therefore, the flow velocity is obtained by this time difference, and the measured flow rate is obtained by multiplying the cross-sectional area of the
実施例1においては、曲管部11は円弧状としたが、図2に示すように測定管12の曲管部11’は略「く」の字状に屈曲されている。この実施例2においては超音波パルスは反射点11a’で反射される。なお、この場合の屈曲角をさほど大きくしなければ、流体の圧力損失が大きく発生することはない。
In the first embodiment, the
本発明においては、先に解決しようとする課題で挙げた(1)〜(4)の条件を全て満足する超音波流量計が得られる。 In the present invention, an ultrasonic flowmeter that satisfies all the conditions (1) to (4) mentioned above in the problem to be solved can be obtained.
11、11’ 曲管部
12 測定管
13、14 直管部
15、16 閉塞部
17、18 超音波送受信器
19、20 流体導管
11, 11 '
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