超聲波流量計(jì)、流體速度測(cè)量方法及流體速度測(cè)量程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所涉及的幾個(gè)技術(shù)方案涉及一種使用超聲波測(cè)量在配管中流動(dòng)的流體的速度的超聲波流量計(jì)、流體速度測(cè)量方法及流體速度測(cè)量程序。
【背景技術(shù)】
[0002]以前，作為這種超聲波流量計(jì)，已知有一種在配管的流動(dòng)方向的上游側(cè)和下游側(cè)配置一對(duì)超聲波收發(fā)器、在這些超聲波收發(fā)器之間的配管內(nèi)安裝了超聲波反射體的超聲波流量計(jì)(例如，參照對(duì)比文獻(xiàn)I)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第4939907號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0006]但是，像以前的超聲波流量計(jì)那樣，在一對(duì)超聲波收發(fā)器配置在配管的同一直線(xiàn)上的超聲波流量計(jì)中，如果為了增大可測(cè)量的流體的速度而增大超聲波收發(fā)器的尺寸、特別是增大配管的軸向長(zhǎng)度，則超聲波收發(fā)器之間可能會(huì)發(fā)生干涉。
[0007]另一方面，作為又一超聲波流量計(jì)，存在一對(duì)超聲波收發(fā)器隔著配管配置的超聲波流量計(jì)。
[0008]但是，該超聲波流量計(jì)中存在這樣一種問(wèn)題:在配管內(nèi)部流動(dòng)的流體的速度在含有與配管的軸向垂直的分量時(shí)不能準(zhǔn)確地測(cè)量流體的速度。
[0009]本發(fā)明的幾個(gè)技術(shù)方案是鑒于上述問(wèn)題而做的，其目的之一在于提供一種能夠在超聲波收發(fā)部不干涉的情況下準(zhǔn)確地測(cè)量流體的速度的超聲波流量計(jì)、流體速度測(cè)量方法及流體速度測(cè)量程序。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]本發(fā)明所涉及的超聲波流量計(jì)，其具有:第一超聲波收發(fā)部，其設(shè)置于內(nèi)部流動(dòng)流體的配管，進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收；第二超聲波收發(fā)部，其相對(duì)于第一超聲波收發(fā)部設(shè)置于下游側(cè)的所述配管，進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收；以及測(cè)量所述流體的速度的主體部，第一超聲波收發(fā)部和第二超聲波收發(fā)部隔著所述流體配置，主體部根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差，計(jì)算所述流體的速度中與所述配管的軸平行的分量，該第一傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部2η — I次(η是正整數(shù))的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值，該第二傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部2m — I次(m是除η以外的正整數(shù))的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值。
[0012]根據(jù)該構(gòu)成，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內(nèi)部流動(dòng)的流體配置，主體部根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差，計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量，該第一傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2η — I次(η是正整數(shù))的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值，該第二傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2m— I次(m是除η以外的正整數(shù))的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值。這里，根據(jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差的差值，可以求出在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2(n - m)次即偶數(shù)次的流體傳播路徑中超聲波從下游側(cè)向上游側(cè)傳播的時(shí)間與超聲波從上游側(cè)向下游側(cè)傳播的時(shí)間的傳播時(shí)間差。而且，流體的速度中與配管的軸平行的分量使用測(cè)量流體的速度之前已知的數(shù)值和沿徑向橫斷配管的內(nèi)部偶數(shù)次時(shí)的傳播時(shí)間差來(lái)表示。因此，主體部即使在流體的流動(dòng)相對(duì)于配管的軸具有角度、流體的速度含有與配管的軸垂直的分量的情況下，根據(jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差也能夠準(zhǔn)確地計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量。
[0013]此外，因?yàn)楦鶕?jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差，計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量，所以不需要為了抑制流體的速度中與配管的軸垂直的分量的影響而在上游側(cè)配置長(zhǎng)的直管。
[0014]此外，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內(nèi)部流動(dòng)的流體配置。由此，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長(zhǎng)度)即使變大，也不會(huì)相互干涉而成為設(shè)置的障礙(妨礙)。
[0015]此外，通過(guò)將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內(nèi)部流動(dòng)的流體配置，從而與將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部配置在配管的同一直線(xiàn)上的情況相比，變得難以收到配管傳播波。
[0016]優(yōu)選地，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部分別具有設(shè)置于所述配管的外周的超聲波傳感器。
[0017]根據(jù)該構(gòu)成，第一超聲波收發(fā)部具有設(shè)置在配管的外周的超聲波傳感器，第二超聲波收發(fā)部具有設(shè)置在配管的外周的超聲波傳感器。由此，不需要配管施工，就可以將進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收的第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部容易地設(shè)置在配管。
[0018]優(yōu)選地，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部分別具有兩個(gè)設(shè)置在所述配管的外周的超聲波傳感器。
[0019]根據(jù)該構(gòu)成，第一超聲波收發(fā)部具有兩個(gè)設(shè)置在配管的外周的超聲波傳感器，第二超聲波收發(fā)部具有兩個(gè)設(shè)置在配管的外周的超聲波傳感器。由此，不需要配管施工，就可以將進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收的第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部容易地設(shè)置在配管。
[0020]此外，因?yàn)榈谝怀暡ㄊ瞻l(fā)部具有兩個(gè)超聲波傳感器，第二超聲波收發(fā)部具有兩個(gè)超聲波傳感器，因此，例如可以使用第一超聲波收發(fā)部的一個(gè)超聲波傳感器及第二超聲波收發(fā)部的一個(gè)超聲波傳感器計(jì)測(cè)第一傳播時(shí)間差，使用第一超聲波收發(fā)部的另一個(gè)超聲波傳感器及第二超聲波收發(fā)部的另一個(gè)超聲波傳感器計(jì)測(cè)第二傳播時(shí)間差。
[0021]此外，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部3次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部I次的路徑。
[0022]根據(jù)該構(gòu)成，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內(nèi)部三次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內(nèi)部一次的路徑。由此，根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差，能夠容易地求出沿徑向橫斷配管的內(nèi)部?jī)纱蔚穆窂降膫鞑r(shí)間差，能夠容易地實(shí)現(xiàn)(構(gòu)成)計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量的主體部。
[0023]此外，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部5次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部3次的路徑。
[0024]根據(jù)該構(gòu)成，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內(nèi)部五次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內(nèi)部三次的路徑。由此，根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差，能夠容易地求出沿徑向橫斷配管的內(nèi)部?jī)纱蔚穆窂降膫鞑r(shí)間差，能夠容易地實(shí)現(xiàn)(構(gòu)成)計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量的主體部。
[0025]此外，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部7次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部5次的路徑。
[0026]根據(jù)該構(gòu)成，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內(nèi)部七次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內(nèi)部五次的路徑。由此，根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差，能夠容易地求出沿徑向橫斷配管的內(nèi)部?jī)纱蔚穆窂降膫鞑r(shí)間差，能夠容易地實(shí)現(xiàn)(構(gòu)成)計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量的主體部。
[0027]根據(jù)本發(fā)明所涉及的流體速度測(cè)量方法，其使用超聲波流量計(jì)，超聲波流量計(jì)具有:第一超聲波收發(fā)部，其設(shè)置于內(nèi)部流動(dòng)流體的配管，進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收；第二超聲波收發(fā)部，其相對(duì)于第一超聲波收發(fā)部設(shè)置于下游側(cè)的配管，進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收；以及測(cè)量所述流體的速度的主體部，第一超聲波收發(fā)部和第二超聲波收發(fā)部隔著所述流體配置，該流體速度測(cè)量方法包括根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差計(jì)算所述流體的速度中與所述配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部2η — I次(η是正整數(shù))的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值，該第二傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部2m — I次(m是除η以外的正整數(shù))的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值。
[0028]根據(jù)該構(gòu)成，包括根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2η — I次(η是正整數(shù))的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值，該第二傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2m — I次(m是除η以外的正整數(shù))的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值。這里，根據(jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差的差值，可以求出在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2(n - m)次即偶數(shù)次的流體傳播路徑中超聲波從下游側(cè)向上游側(cè)傳播的時(shí)間與超聲波從上游側(cè)向下游側(cè)傳播的時(shí)間的傳播時(shí)間差。而且，流體的速度中與配管的軸平行的分量使用測(cè)量流體的速度之前已知的數(shù)值和沿徑向橫斷配管的內(nèi)部偶數(shù)次時(shí)的傳播時(shí)間差來(lái)表示。因此，主體部即使在流體的流動(dòng)相對(duì)于配管的軸具有角度、流體的速度含有與配管的軸垂直的分量的情況下，根據(jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差也能夠準(zhǔn)確地計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量。
[0029]此外，因?yàn)楦鶕?jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量，所以不需要為了抑制流體的速度中與配管的軸垂直的分量的影響而在上游側(cè)配置長(zhǎng)的直管。
[0030]進(jìn)而，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內(nèi)部流動(dòng)的流體配置。由此，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長(zhǎng)度)即使變大，也不會(huì)相互干涉而成為設(shè)置的障礙(妨礙)。
[0031]此外，通過(guò)將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內(nèi)部流動(dòng)的流體配置，從而與將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部配置在配管的同一直線(xiàn)上的情況相比，變得難以收到配管傳播波。
[0032]根據(jù)本發(fā)明所涉及的流體速度測(cè)量程序，其由超聲波流量計(jì)所執(zhí)行，所述超聲波流量計(jì)具有:第一超聲波收發(fā)部，其設(shè)置于內(nèi)部流動(dòng)流體的配管、進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收；第二超聲波收發(fā)部，其相對(duì)于第一超聲波收發(fā)部設(shè)置于下游側(cè)的配管、進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收；以及測(cè)量所述流體的速度的主體部，第一超聲波收發(fā)部和第二超聲波收發(fā)部隔著所述流體配置，該流體速度測(cè)量程序包括根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差計(jì)算所述流體的速度中與所述配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部2η — I次(η是正整數(shù))的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值，該第二傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷所述配管的內(nèi)部2m — I次(m是除η以外的正整數(shù))的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值。
[0033]根據(jù)該構(gòu)成，包括根據(jù)第一傳播時(shí)間差和第二傳播時(shí)間差計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2η — I次(η是正整數(shù))的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值，該第二傳播時(shí)間差是在沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2m — I次(m是除η以外的正整數(shù))的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進(jìn)行傳播的時(shí)間的差值。這里，根據(jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差的差值，針對(duì)沿徑向橫斷配管的內(nèi)部2(n-m)次即偶數(shù)次的流體傳播路徑，可以求出超聲波從下游側(cè)向上游側(cè)傳播的時(shí)間與超聲波從上游側(cè)向下游側(cè)傳播的時(shí)間的傳播時(shí)間差。而且，流體的速度中與配管的軸平行的分量使用測(cè)量流體的速度之前已知的數(shù)值和沿徑向橫斷配管的內(nèi)部偶數(shù)次時(shí)的傳播時(shí)間差來(lái)表示。因此，主體部即使在流體的流動(dòng)相對(duì)于配管的軸具有角度、流體的速度含有與配管的軸垂直的分量的情況下，根據(jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差也能夠準(zhǔn)確地計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量。
[0034]此外，因?yàn)楦鶕?jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量，所以不需要為了抑制流體的速度中與配管的軸垂直的分量的影響而在上游側(cè)配置長(zhǎng)的直管。
[0035]進(jìn)而，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內(nèi)部流動(dòng)的流體配置。由此，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長(zhǎng)度)即使變大，也不會(huì)相互干涉而成為設(shè)置的障礙(妨礙)。
[0036]此外，通過(guò)將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內(nèi)部流動(dòng)的流體配置，從而與將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部配置在配管的同一直線(xiàn)上的情況相比，變得難以收到配管傳播波。
[0037]發(fā)明效果
[0038]根據(jù)本發(fā)明的超聲波流量計(jì)，主體部即使在流體的流動(dòng)相對(duì)于配管的軸具有角度、流體的速度含有與配管的軸垂直的分量的情況下，根據(jù)第一傳播時(shí)間差與第二傳播時(shí)間差也能夠準(zhǔn)確地計(jì)算流體的速度中與配管的軸平行的分量。因此，超聲波流量計(jì)根據(jù)流體的速度中與配管的軸平行的分量能夠準(zhǔn)確地測(cè)量流體的流量。
[0039]此外，不需要為了抑制流體的速度中與配管的軸垂直的分量的影響而在上游側(cè)配置長(zhǎng)的直管。因此，超聲波流量計(jì)能夠緩和設(shè)置位置的制約(限制)，例如可以設(shè)置在彎曲的配管的正后面等任意的地方。
[0040]另外，即使第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長(zhǎng)度)變大，也不會(huì)相互干涉而成為設(shè)置的障礙(妨礙)。因此，超聲波流量計(jì)能夠增大第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長(zhǎng)度)而容易地?cái)U(kuò)展可測(cè)量的流速