超聲波流量計(jì)及流量的計(jì)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流體計(jì)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種超聲波流量計(jì)及流量的計(jì)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉗式超聲波流量計(jì)包括分別配置在配管外側(cè)的上游側(cè)和下游側(cè)的超聲波換能器。鉗式的流量計(jì)由于一般利用超聲波，所以下面在本說明書中，有時(shí)將“鉗式超聲波流量計(jì)”簡(jiǎn)單地稱作“鉗式流量計(jì)”。鉗式流量計(jì)向配管中流動(dòng)的流體送入超聲波，根據(jù)按照從流體的上游朝下游方向進(jìn)行傳播的超聲波的傳播時(shí)間、和從下游朝上游方向逆向傳播的超聲波的傳播時(shí)間，來計(jì)算出配管內(nèi)流動(dòng)的流體的流速及流量(參見例如專利文獻(xiàn)1、2。) ο鉗式流量計(jì)具有如下優(yōu)點(diǎn):由于將超聲波換能器緊貼在配管的外側(cè)，所以設(shè)置的時(shí)候不需要將配管切斷；由于不與流經(jīng)配管內(nèi)的空腔部的流體接觸，所以測(cè)量對(duì)象的流體可以也是腐蝕性的，不會(huì)對(duì)測(cè)量對(duì)象的流體的純度造成影響；以及配管內(nèi)不插入構(gòu)造物，所以不會(huì)產(chǎn)生壓力損失等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1歐州專利第1173733號(hào)說明書
[0006]專利文獻(xiàn)2日本特開平7-260532號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]本發(fā)明以提供能夠?qū)α黧w的流量進(jìn)行正確地計(jì)測(cè)的超聲波流量計(jì)及流量的計(jì)測(cè)方法作為目的之一。這里，流體是指包含氣體及液體。
[0009]用于解決課題的手段
[0010]根據(jù)本發(fā)明的方式，提供一種超聲波流量計(jì)，包括:(a)第1超聲波換能器，其將第1超聲波信號(hào)入射到流體流動(dòng)的配管；(b)第2超聲波換能器，其被配置在能接收第1超聲波信號(hào)的位置，將第2超聲波信號(hào)入射到配管；(c)流速計(jì)算部，其根據(jù)第1超聲波信號(hào)經(jīng)過配管內(nèi)而到達(dá)第2超聲波換能器為止的第1時(shí)間、和第2超聲波信號(hào)經(jīng)過配管內(nèi)而到達(dá)第1超聲波換能器為止的第2時(shí)間，來計(jì)算出配管內(nèi)的流體的流速；(d)利用對(duì)數(shù)校正函數(shù)保存部，其保存對(duì)雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)和流速的校正系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行折線近似的利用對(duì)數(shù)校正函數(shù)；(e)利用對(duì)數(shù)校正部，用與流體的雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)的校正系數(shù)來對(duì)流速進(jìn)行校正。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的方式，提供一種流量的計(jì)測(cè)方法，包括以下步驟:(a)由第1超聲波換能器將第1超聲波信號(hào)入射到流體流動(dòng)的配管；(b)由配置在能接收第1超聲波信號(hào)的位置上的第2超聲波換能器將第2超聲波信號(hào)入射到所述配管；(c)基于所述第1超聲波信號(hào)經(jīng)過配管內(nèi)而到達(dá)第2超聲波換能器為止的第1時(shí)間和所述第2超聲波信號(hào)經(jīng)過所述配管內(nèi)而到達(dá)第1超聲波換能器為止第2時(shí)間，來計(jì)算出配管內(nèi)的流體的流速；(d)準(zhǔn)備對(duì)雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)和流速的校正系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行折線近似的利用對(duì)數(shù)校正函數(shù)；(e)用與所述流體的雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)的所述校正系數(shù)來對(duì)所述流速進(jìn)行校正。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的方式，提供一種超聲波流量計(jì)，包括:(a)第1超聲波換能器，其將第1超聲波信號(hào)入射到流體流動(dòng)的配管；(b)第2超聲波換能器，其被配置載能接收第1超聲波信號(hào)的位置，將第2超聲波信號(hào)入射到配管；(c)流速計(jì)算部，其根據(jù)所述第1超聲波信號(hào)經(jīng)過配管內(nèi)而到達(dá)第2超聲波換能器為止的第1時(shí)間、和第2超聲波信號(hào)經(jīng)過配管內(nèi)而到達(dá)第1超聲波換能器為止的第2時(shí)間，來計(jì)算出配管內(nèi)的流體的流速；(d)利用規(guī)定值校正部，其在將流體視為層流的情況下，用第1規(guī)定值的校正系數(shù)對(duì)流速進(jìn)行校正，在將流體視為紊流的情況下，用第2規(guī)定值的校正系數(shù)對(duì)流速進(jìn)行校正。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方式，提供一種流量的計(jì)測(cè)方法，包括以下步驟:(a)由第1超聲波換能器將第1超聲波信號(hào)入射到流體流動(dòng)的配管；(b)由配置在能接收第1超聲波信號(hào)的位置上的第2超聲波換能器將第2超聲波信號(hào)入射到配管；(c)所述第1超聲波信號(hào)經(jīng)過配管內(nèi)而到達(dá)第2超聲波換能器為止的第1時(shí)間、和第2超聲波信號(hào)經(jīng)過配管內(nèi)而到達(dá)第1超聲波換能器為止的第2時(shí)間，來計(jì)算出配管內(nèi)的流體的流速；(d)在將流體視為層流的情況下，用第1規(guī)定值的校正系數(shù)來對(duì)流速進(jìn)行校正，在將流體視為紊流的情況下，用第2規(guī)定值的校正系數(shù)來對(duì)流速進(jìn)行校正。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供對(duì)流體的流量進(jìn)行正確地計(jì)測(cè)的超聲波流量計(jì)及流量的計(jì)測(cè)方法。
【附圖說明】
[0016]圖1是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鉗式流量計(jì)的示意性的截面圖。
[0017]圖2是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鉗式流量計(jì)的示意性的截面圖。
[0018]圖3是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鉗式流量計(jì)的示意性的截面圖。
[0019]圖4是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施方式的鉗式流量計(jì)的示意性的截面圖。
[0020]圖5是涉及本發(fā)明的第2實(shí)施方式的鉗式流量計(jì)的示意性的截面圖。
[0021]圖6是示出涉及本發(fā)明的第1及2的實(shí)施方式的參考例的、雷諾數(shù)Re和校正系數(shù)k的關(guān)系的圖表。
[0022]圖7是示出涉及本發(fā)明的第1及2的實(shí)施方式的實(shí)施例的、雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)log(Re)和校正系數(shù)k的關(guān)系的圖表。
[0023]圖8是涉及本發(fā)明的第3的實(shí)施方式的鉗式流量計(jì)的示意性的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在下面的附圖中，相同或類似的部分用相同或類似的符號(hào)來表示。但是，附圖是示意性的。因此，具體的尺寸等應(yīng)該對(duì)照以下的說明來進(jìn)行判斷。又，當(dāng)然，在附圖相互之間，也包含了相互的寸法關(guān)系及比率不同的部分。
[0025](第1實(shí)施方式)
[0026]如圖1及圖2所示，涉及第1實(shí)施方式的鉗式超聲波流量計(jì)包括:第1超聲波換能器101，其將第1超聲波信號(hào)以角度0wil斜向入射到流體流動(dòng)的配管10 ;以及第2超聲波換能器102，其被配置在能接收第1超聲波信號(hào)的位置上，以與第1超聲波信號(hào)的入射角度0wll相同的角度Θ wl2將第2超聲波信號(hào)斜向入射到配管10。這里，流體包含氣體或液體，但是下面作為氣體來進(jìn)行說明。
[0027]第1超聲波換能器101配置在流經(jīng)配管10內(nèi)的流體的上游側(cè)，第2超聲波換能器102配置在下游側(cè)。由第1超聲波換能器101發(fā)出的第1超聲波信號(hào)經(jīng)配管10被第2超聲波換能器102接收。由第2超聲波換能器102發(fā)出的第2超聲波信號(hào)經(jīng)配管10被第1超聲波換能器101接收。例如，第1超聲波換能器101和第2超聲波換能器102交替地外加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，交替地發(fā)出超聲波信號(hào)。
[0028]第1超聲波換能器101及第2超聲波換能器102電連接在中央處理裝置(CPU) 300上。CPU300包括:時(shí)間計(jì)測(cè)部301，其對(duì)第1超聲波信號(hào)由第1超聲波換能器101發(fā)出之后經(jīng)配管10內(nèi)而到達(dá)第2超聲波換能器102為止的第1時(shí)間、及第2超聲波信號(hào)由第2超聲波換能器102發(fā)出之后經(jīng)配管內(nèi)而到達(dá)第1超聲波換能器101為止的第2時(shí)間進(jìn)行計(jì)測(cè)；和流速計(jì)算部302，其基于第1時(shí)間和第2時(shí)間來計(jì)算出配管10內(nèi)的流體的流速。
[0029]CPU300上連接有利用對(duì)數(shù)校正函數(shù)保存部351，其保存對(duì)雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)和流速的校正系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行折線近似的利用對(duì)數(shù)校正函數(shù)。作為利用對(duì)數(shù)校正函數(shù)保存部351，可以使用存儲(chǔ)裝置等。CPU300還包括:用與配管10內(nèi)的流體的雷諾數(shù)的對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)的校正系數(shù)，對(duì)流速進(jìn)行校正的利用對(duì)數(shù)校正部303。
[0030]第1超聲波換能器101包括:例如，發(fā)出第1超聲波信號(hào)的第1振動(dòng)器1 ;和配置在配管10的外表面上的第1楔形體11，以使第1超聲波信號(hào)以角度Θ wll朝配管10斜向入射。同樣，第2超聲波換能器102包括:例如，發(fā)出第2超聲波信號(hào)的第2振動(dòng)器2 ;和配置在配管10的外表面上的第2楔形體12，以使第2超聲波信號(hào)以角度Θ wl2朝配管10斜向入射。配管10為由例如不銹鋼等金屬材料構(gòu)成的金屬配管。第1及第2楔形體11、12由例如聚醚酰亞胺等塑料等合成樹脂等構(gòu)成。
[0031]假設(shè)第1超聲波換能器101的第1楔形體11中的超聲波的音速為cw、配管10內(nèi)的流體中的超聲波的音速為ca、相對(duì)于第1楔形體11和配管10的界面的第1超聲波信號(hào)的入射角為ΘΚ1、出射到配管10內(nèi)的流體的第1超聲波信號(hào)的出射角為0acil，根據(jù)斯涅爾定律，則滿足下述式(1)。
[0032]sin( 9Wil)/cw
[0033]= sin( Θ aol)/ca (1)
[0034]為此，由第1超聲波換能器101發(fā)出，且出射到配管10內(nèi)的流體中的第1超聲波信號(hào)的出射角ΘΜ1由下述式(2)給出。
[0035]Θ aol= sin 1 (sin Θ Wil.ca/cw) (2)
[0036]第1超聲波信號(hào)在配管10內(nèi)的流體中前進(jìn)，且入射到與配管10的管壁出射的部分相對(duì)的部分。而且，第1超聲波信號(hào)從配管10的管壁以與角度0wil相