[发明专利]超声波流体测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用超声波以测定流体的流量等的超声波流体测定装置。

背景技术

以往，作为这种超声波流体测定装置，采用的是使用超声波以测定流体的流量的超声波流量计。如图17A以及图17B所示，在该超声波流量计中，在测定对象的流体流过的测定管1的上游侧的外周面配置有第一超声波收发器2，在下游侧的外周面配置有第二超声波收发器3，基于超声波收发器2和超声波收发器3之间的超声波的传播时间的差，测定流体的流速V，根据该测定的流速V和测定管1的截面积S，通过Q＝V×S求出流体的流量。

求出该流量Q时的运算式如下述(1)～(4)式所示。

t1＝L/(c+V·cosθ)   ……(1)

t2＝L/(c-V·cosθ)   ……(2)

V＝c²·(t2-t1)/(2·L·cosθ)   ……(3)

Q＝S·V   ……(4)

但是，上述(1)～(4)式中，t1是从超声波收发器2发送的超声波被超声波收发器3接收所需要的时间，t2是从超声波收发器3发送的超声波被超声波收发器2接收所需要的时间，c是超声波的在流体中的传播速度，L是超声波收发器2和超声波收发器3相互之间的距离(超声波传播路径的距离)，θ是相对于测定管1的管轴O的超声波传播路径的倾斜度。

该超声波流量计中，由于将超声波传播路径上的平均流速V’作为流速V进行测定，由V’×S计算的测量流量Q’与实际流量Q有稍许不同。该超声波测量到的平均流动速V’和管截面的平均流速(实际流速)V的比V’/V＝Q’/Q＝k通过实流校准等预先了解的话，能够将该比作为流量修正系数k，根据由超声波测量到的超声波传播路径上的平均流速V’和流量修正系数k，求出实际流量Q。

然而，该流量修正系数k有如下特征。

测定管1内的流体的流速分布依赖于流量而变化。即，流量较少的情况下为层流，流量较多的情况下为紊流。因此，超声波传播路径上的管内的流速分布在流量较少的层流区域中，如图18A所示为抛物状的凸型，在流量较多的紊流区域中，如图18B所示为比较平坦的形状。

因此，在超声波传播路径测量到的平均流速V’和实际流速V的比即流量修正系数k在层流和紊流的情况下不是相同的值。层流区域中，将在超声波传播路径测量到的平均流速V’设为V1’，将实际流速设为V1的话，其流量修正系数k1为k1＝V1’/V1。紊流区域中，将在超声波传播路径测量到的平均流速V’设为V2’，将实际流速设为V2的话，其流量修正系数k2为k2＝V2’/V2。将层流区域中的V1和V1’的差设为偏差ΔV1，将紊流区域中的V2和V2’的差设为偏差ΔV2的话，层流区域中的偏差ΔV1和紊流区域中的偏差ΔV2的差较大，因此层流区域中的流量修正系数k1和紊流域中的流量修正系数k2不会相等(k1≠k2)。

如图19所示，流量修正系数k具有在层流侧急剧变化的流量依赖性。使用了示出这种变化特性的流量修正系数k的情况下，在流量修正系数k的变化量急剧变化的部分，即使流速测量的误差很小，其所适用的流量修正系数k的误差也较大，作为结果求出的流量的误差变大。

因此，为了在较广流量范围进行高精度的流量测量，理想的是尽可能缩小流量修正系数k的变化量。即，如图20所示，理想的是使具有在层流侧急剧变化的流量依赖性的变化特性Ⅰ接近较平的变化特性Ⅱ(理想情况下一定值)。

因此，如图21所示，例如专利文献1提出一种在测定管1内设置内部构件4的技术。该内部构件4以星形形成，将其中央部作为阻止面4a，具有从该阻止面4a向四方延伸的臂4b～4e。如图22所示，设置这种内部构件4的话，流过测定管1的流体通过内部构件4时，中央部的流体的流速由于阻止面4a而减少，周缘部的流体的流速增加。由此，无论在层流区域还是在紊流区域，流速分布都能够成为管中心部没有明显的最大值的平均化的流速分布。即，层流被紊流化，紊流区域中的实际流速V2和超声波传播路径测量到的平均流速V2’的偏差ΔV2与层流区域中的实际流速V1和超声波传播路径测量到的平均流速V1’的偏差ΔV1的差变小，流量修正系数k的变化特性接近于较平的变化特性Ⅱ。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-11648号公报

发明内容

发明所要解决的课题