超聲波流量計、流體速度測量方法及流體速度測量程序的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明所涉及的幾個技術方案涉及一種使用超聲波測量在配管中流動的流體的速度的超聲波流量計、流體速度測量方法及流體速度測量程序。
【背景技術】
[0002]以前，作為這種超聲波流量計，已知有一種在配管的流動方向的上游側和下游側配置一對超聲波收發(fā)器、在這些超聲波收發(fā)器之間的配管內安裝了超聲波反射體的超聲波流量計(例如，參照對比文獻I)。
[0003]現有技術文獻:
[0004]專利文獻1:日本專利第4939907號公報

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明要解決的問題
[0006]但是，像以前的超聲波流量計那樣，在一對超聲波收發(fā)器配置在配管的同一直線上的超聲波流量計中，如果為了增大可測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度，則超聲波收發(fā)器之間可能會發(fā)生干涉。
[0007]另一方面，作為又一超聲波流量計，存在一對超聲波收發(fā)器隔著配管配置的超聲波流量計。
[0008]但是，該超聲波流量計中存在這樣一種問題:在配管內部流動的流體的速度在含有與配管的軸向垂直的分量時不能準確地測量流體的速度。
[0009]本發(fā)明的幾個技術方案是鑒于上述問題而做的，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確地測量流體的速度的超聲波流量計、流體速度測量方法及流體速度測量程序。
[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，其具有:第一超聲波收發(fā)部，其設置于內部流動流體的配管，進行超聲波的發(fā)送和接收；第二超聲波收發(fā)部，其相對于第一超聲波收發(fā)部設置于下游側的所述配管，進行超聲波的發(fā)送和接收；以及測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，主體部根據第一傳播時間差和第二傳播時間差，計算所述流體的速度中與所述配管的軸平行的分量，該第一傳播時間差是在沿徑向橫斷所述配管的內部2η — I次(η是正整數)的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值，該第二傳播時間差是在沿徑向橫斷所述配管的內部2m — I次(m是除η以外的正整數)的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值。
[0012]根據該構成，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內部流動的流體配置，主體部根據第一傳播時間差和第二傳播時間差，計算流體的速度中與配管的軸平行的分量，該第一傳播時間差是在沿徑向橫斷配管的內部2η — I次(η是正整數)的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值，該第二傳播時間差是在沿徑向橫斷配管的內部2m— I次(m是除η以外的正整數)的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值。這里，根據第一傳播時間差與第二傳播時間差的差值，可以求出在沿徑向橫斷配管的內部2(n - m)次即偶數次的流體傳播路徑中超聲波從下游側向上游側傳播的時間與超聲波從上游側向下游側傳播的時間的傳播時間差。而且，流體的速度中與配管的軸平行的分量使用測量流體的速度之前已知的數值和沿徑向橫斷配管的內部偶數次時的傳播時間差來表示。因此，主體部即使在流體的流動相對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，根據第一傳播時間差與第二傳播時間差也能夠準確地計算流體的速度中與配管的軸平行的分量。
[0013]此外，因為根據第一傳播時間差與第二傳播時間差，計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配置長的直管。
[0014]此外，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內部流動的流體配置。由此，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長度)即使變大，也不會相互干涉而成為設置的障礙(妨礙)。
[0015]此外，通過將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內部流動的流體配置，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)部分別具有設置于所述配管的外周的超聲波傳感器。
[0017]根據該構成，第一超聲波收發(fā)部具有設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)部分別具有兩個設置在所述配管的外周的超聲波傳感器。
[0019]根據該構成，第一超聲波收發(fā)部具有兩個設置在配管的外周的超聲波傳感器，第二超聲波收發(fā)部具有兩個設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)部容易地設置在配管。
[0020]此外，因為第一超聲波收發(fā)部具有兩個超聲波傳感器，第二超聲波收發(fā)部具有兩個超聲波傳感器，因此，例如可以使用第一超聲波收發(fā)部的一個超聲波傳感器及第二超聲波收發(fā)部的一個超聲波傳感器計測第一傳播時間差，使用第一超聲波收發(fā)部的另一個超聲波傳感器及第二超聲波收發(fā)部的另一個超聲波傳感器計測第二傳播時間差。
[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部I次的路徑。
[0022]根據該構成，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內部三次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內部一次的路徑。由此，根據第一傳播時間差和第二傳播時間差，能夠容易地求出沿徑向橫斷配管的內部兩次的路徑的傳播時間差，能夠容易地實現(構成)計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部3次的路徑。
[0024]根據該構成，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內部五次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內部三次的路徑。由此，根據第一傳播時間差和第二傳播時間差，能夠容易地求出沿徑向橫斷配管的內部兩次的路徑的傳播時間差，能夠容易地實現(構成)計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部5次的路徑。
[0026]根據該構成，第一流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內部七次的路徑，第二流體傳播路徑是沿徑向橫斷配管的內部五次的路徑。由此，根據第一傳播時間差和第二傳播時間差，能夠容易地求出沿徑向橫斷配管的內部兩次的路徑的傳播時間差，能夠容易地實現(構成)計算流體的速度中與配管的軸平行的分量的主體部。
[0027]根據本發(fā)明所涉及的流體速度測量方法，其使用超聲波流量計，超聲波流量計具有:第一超聲波收發(fā)部，其設置于內部流動流體的配管，進行超聲波的發(fā)送和接收；第二超聲波收發(fā)部，其相對于第一超聲波收發(fā)部設置于下游側的配管，進行超聲波的發(fā)送和接收；以及測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，該流體速度測量方法包括根據第一傳播時間差和第二傳播時間差計算所述流體的速度中與所述配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時間差是在沿徑向橫斷所述配管的內部2η — I次(η是正整數)的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值，該第二傳播時間差是在沿徑向橫斷所述配管的內部2m — I次(m是除η以外的正整數)的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值。
[0028]根據該構成，包括根據第一傳播時間差和第二傳播時間差計算流體的速度中與配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時間差是在沿徑向橫斷配管的內部2η — I次(η是正整數)的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值，該第二傳播時間差是在沿徑向橫斷配管的內部2m — I次(m是除η以外的正整數)的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值。這里，根據第一傳播時間差與第二傳播時間差的差值，可以求出在沿徑向橫斷配管的內部2(n - m)次即偶數次的流體傳播路徑中超聲波從下游側向上游側傳播的時間與超聲波從上游側向下游側傳播的時間的傳播時間差。而且，流體的速度中與配管的軸平行的分量使用測量流體的速度之前已知的數值和沿徑向橫斷配管的內部偶數次時的傳播時間差來表示。因此，主體部即使在流體的流動相對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，根據第一傳播時間差與第二傳播時間差也能夠準確地計算流體的速度中與配管的軸平行的分量。
[0029]此外，因為根據第一傳播時間差與第二傳播時間差計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配置長的直管。
[0030]進而，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內部流動的流體配置。由此，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長度)即使變大，也不會相互干涉而成為設置的障礙(妨礙)。
[0031]此外，通過將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內部流動的流體配置，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上的情況相比，變得難以收到配管傳播波。
[0032]根據本發(fā)明所涉及的流體速度測量程序，其由超聲波流量計所執(zhí)行，所述超聲波流量計具有:第一超聲波收發(fā)部，其設置于內部流動流體的配管、進行超聲波的發(fā)送和接收；第二超聲波收發(fā)部，其相對于第一超聲波收發(fā)部設置于下游側的配管、進行超聲波的發(fā)送和接收；以及測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，該流體速度測量程序包括根據第一傳播時間差和第二傳播時間差計算所述流體的速度中與所述配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時間差是在沿徑向橫斷所述配管的內部2η — I次(η是正整數)的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值，該第二傳播時間差是在沿徑向橫斷所述配管的內部2m — I次(m是除η以外的正整數)的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值。
[0033]根據該構成，包括根據第一傳播時間差和第二傳播時間差計算流體的速度中與配管的軸平行的分量的步驟，該第一傳播時間差是在沿徑向橫斷配管的內部2η — I次(η是正整數)的第一流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值，該第二傳播時間差是在沿徑向橫斷配管的內部2m — I次(m是除η以外的正整數)的第二流體傳播路徑中從第二超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間與從第一超聲波收發(fā)部發(fā)送的超聲波進行傳播的時間的差值。這里，根據第一傳播時間差與第二傳播時間差的差值，針對沿徑向橫斷配管的內部2(n-m)次即偶數次的流體傳播路徑，可以求出超聲波從下游側向上游側傳播的時間與超聲波從上游側向下游側傳播的時間的傳播時間差。而且，流體的速度中與配管的軸平行的分量使用測量流體的速度之前已知的數值和沿徑向橫斷配管的內部偶數次時的傳播時間差來表示。因此，主體部即使在流體的流動相對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，根據第一傳播時間差與第二傳播時間差也能夠準確地計算流體的速度中與配管的軸平行的分量。
[0034]此外，因為根據第一傳播時間差與第二傳播時間差計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配置長的直管。
[0035]進而，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內部流動的流體配置。由此，第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部的尺寸(配管的軸向的長度)即使變大，也不會相互干涉而成為設置的障礙(妨礙)。
[0036]此外，通過將第一超聲波收發(fā)部及第二超聲波收發(fā)部隔著在配管的內部流動的流體配置，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]根據本發(fā)明的超聲波流量計，主體部即使在流體的流動相對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，根據第一傳播時間差與第二傳播時間差也能夠準確地計算流體的速度中與配管的軸平行的分量。因此，超聲波流量計根據流體的速度中與配管的軸平行的分量能夠準確地測量流體的流量。
[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配置長的直管。因此，超聲波流量計能夠緩和設置位置的制約(限制)，例如可以設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(配管的軸向的長度)變大，也不會相互干涉而成為設置的障礙(妨礙)。因此，超聲波流量計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(配管的軸向的長度)而容易地擴展可測量的流速