超聲波流體測(cè)定裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】在測(cè)定管(1)的上游側(cè)的管路上設(shè)置流速分布調(diào)整構(gòu)件(5)。流速分布調(diào)整構(gòu)件(5)被配置為，將流速分布調(diào)整構(gòu)件(5)投影在與測(cè)定管(1)的管軸(O)正交的截面上的形狀的一部分和將超聲波的傳播路徑投影在上述截面上的軌跡的一部分重合。由此，測(cè)定管(1)內(nèi)的流速分布變化，紊流區(qū)域中的實(shí)際流速和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速的偏差與層流區(qū)域中的偏差的差變小，流量修正系數(shù)的變化特性接近于較平的變化特性。因此，在不使SN比下降或耗電量增大的情況下，能夠在較廣的流量范圍進(jìn)行高精度的流量測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】超聲波流體測(cè)定裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用超聲波以測(cè)定流體的流量等的超聲波流體測(cè)定裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為這種超聲波流體測(cè)定裝置，采用的是使用超聲波以測(cè)定流體的流量的超聲波流量計(jì)。如圖17A以及圖17B所示,在該超聲波流量計(jì)中,在測(cè)定對(duì)象的流體流過(guò)的測(cè)定管I的上游側(cè)的外周面配置有第一超聲波收發(fā)器2，在下游側(cè)的外周面配置有第二超聲波收發(fā)器3,基于超聲波收發(fā)器2和超聲波收發(fā)器3之間的超聲波的傳播時(shí)間的差,測(cè)定流體的流速V，根據(jù)該測(cè)定的流速V和測(cè)定管I的截面積S，通過(guò)Q = VX S求出流體的流量。
[0003]求出該流量Q時(shí)的運(yùn)算式如下述(I)?⑷式所示。
[0004]tl = L/ (c+V.cos θ )......(I)
[0005]t2 = L/ (c-V.cos θ )......(2)
[0006]V = c2.(t2~tl)/(2.L.cos Θ )......(3)
[0007]Q = S.V......(4)
[0008]但是，上述(I)?(4)式中，tl是從超聲波收發(fā)器2發(fā)送的超聲波被超聲波收發(fā)器3接收所需要的時(shí)間，t2是從超聲波收發(fā)器3發(fā)送的超聲波被超聲波收發(fā)器2接收所需要的時(shí)間，c是超聲波的在流體中的傳播速度，L是超聲波收發(fā)器2和超聲波收發(fā)器3相互之間的距離(超聲波傳播路徑的距離)，Θ是相對(duì)于測(cè)定管I的管軸O的超聲波傳播路徑的傾斜度。
[0009]該超聲波流量計(jì)中，由于將超聲波傳播路徑上的平均流速V’作為流速V進(jìn)行測(cè)定，由V’ XS計(jì)算的測(cè)量流量Q’與實(shí)際流量Q有稍許不同。該超聲波測(cè)量到的平均流動(dòng)速V和管截面的平均流速(實(shí)際流速)V的比V’ /V = Q’ /Q = k通過(guò)實(shí)流校準(zhǔn)等預(yù)先了解的話，能夠?qū)⒃摫茸鳛榱髁啃拚禂?shù)k，根據(jù)由超聲波測(cè)量到的超聲波傳播路徑上的平均流速V’和流量修正系數(shù)k，求出實(shí)際流量Q。
[0010]然而，該流量修正系數(shù)k有如下特征。
[0011]測(cè)定管I內(nèi)的流體的流速分布依賴(lài)于流量而變化。即，流量較少的情況下為層流，流量較多的情況下為紊流。因此，超聲波傳播路徑上的管內(nèi)的流速分布在流量較少的層流區(qū)域中，如圖18A所示為拋物狀的凸型，在流量較多的紊流區(qū)域中，如圖18B所示為比較平坦的形狀。
[0012]因此，在超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速V’和實(shí)際流速V的比即流量修正系數(shù)k在層流和紊流的情況下不是相同的值。層流區(qū)域中，將在超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速V’設(shè)為VI’，將實(shí)際流速設(shè)為Vl的話，其流量修正系數(shù)kl為kl = VI’ /VI。紊流區(qū)域中，將在超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速V’設(shè)為V2’，將實(shí)際流速設(shè)為V2的話，其流量修正系數(shù)k2為k2 = V2’ /V2。將層流區(qū)域中的Vl和VI’的差設(shè)為偏差Λ VI，將紊流區(qū)域中的V2和V2’的差設(shè)為偏差A(yù)V2的話，層流區(qū)域中的偏差A(yù)Vl和紊流區(qū)域中的偏差ΔΥ2的差較大，因此層流區(qū)域中的流量修正系數(shù)kl和紊流域中的流量修正系數(shù)k2不會(huì)相等(kl Φ k2)。
[0013]如圖19所示，流量修正系數(shù)k具有在層流側(cè)急劇變化的流量依賴(lài)性。使用了示出這種變化特性的流量修正系數(shù)k的情況下，在流量修正系數(shù)k的變化量急劇變化的部分，即使流速測(cè)量的誤差很小，其所適用的流量修正系數(shù)k的誤差也較大，作為結(jié)果求出的流量的誤差變大。
[0014]因此，為了在較廣流量范圍進(jìn)行高精度的流量測(cè)量，理想的是盡可能縮小流量修正系數(shù)k的變化量。S卩，如圖20所示，理想的是使具有在層流側(cè)急劇變化的流量依賴(lài)性的變化特性I接近較平的變化特性II (理想情況下一定值)。
[0015]因此，如圖21所示，例如專(zhuān)利文獻(xiàn)I提出一種在測(cè)定管I內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件4的技術(shù)。該內(nèi)部構(gòu)件4以星形形成，將其中央部作為阻止面4a，具有從該阻止面4a向四方延伸的臂4b?4e。如圖22所示，設(shè)置這種內(nèi)部構(gòu)件4的話，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)內(nèi)部構(gòu)件4時(shí)，中央部的流體的流速由于阻止面4a而減少，周緣部的流體的流速增加。由此，無(wú)論在層流區(qū)域還是在紊流區(qū)域，流速分布都能夠成為管中心部沒(méi)有明顯的最大值的平均化的流速分布。即，層流被紊流化，紊流區(qū)域中的實(shí)際流速V2和超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速V2’的偏差A(yù)V2與層流區(qū)域中的實(shí)際流速Vl和超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速VI’的偏差A(yù)Vl的差變小，流量修正系數(shù)k的變化特性接近于較平的變化特性II。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0017]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0018]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平3-11648號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明所要解決的課題
[0020]上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I示出的技術(shù)中，將內(nèi)部構(gòu)件4設(shè)置在一對(duì)超聲波收發(fā)器之間。因此，部分遮斷在收發(fā)器2、3之間傳播的超聲波，傳播的超聲波的接收信號(hào)衰減。存在由于該接收信號(hào)的衰減，信號(hào)的SN比下降，導(dǎo)致測(cè)量精度的下降的問(wèn)題。又，存在若為提高SN比而要提高向傳感器的外加電壓，導(dǎo)致設(shè)備的耗電量增大的問(wèn)題。
[0021]本發(fā)明是為了解決這樣的課題而做出的，其目的在于，提供一種不使SN比下降或耗電量增加就能夠在較廣流量范圍內(nèi)進(jìn)行高精度的流量測(cè)量的超聲波流體測(cè)定裝置。
[0022]解決問(wèn)題的手段
[0023]為了達(dá)成這樣的目的，本發(fā)明包括:測(cè)定對(duì)象的流體流過(guò)的測(cè)定管；被配置在測(cè)定管的上游側(cè)的周面上的第一超聲波收發(fā)器；被配置在測(cè)定管的下游側(cè)的周面上的第二超聲波收發(fā)器；測(cè)定部，所述測(cè)定部被連接到第一超聲波收發(fā)器以及第二超聲波收發(fā)器，基于第一超聲波收發(fā)器和第二超聲波收發(fā)器之間的超聲波的傳播時(shí)間的差，測(cè)定流體的流速；以及流速分布調(diào)整構(gòu)件，所述流速分布調(diào)整構(gòu)件被配置在所述第一超聲波收發(fā)器的上游側(cè)的測(cè)定管的管路，調(diào)整測(cè)定管內(nèi)的流體的流速的分布，流速分布調(diào)整構(gòu)件被配置為，將流速分布調(diào)整構(gòu)件投影在與測(cè)定管的管軸正交的截面上的形狀的一部分和將超聲波的傳播路徑投影在與測(cè)定管的管軸正交的截面上的軌跡的一部分重合。
[0024]發(fā)明效果
[0025]本發(fā)明中，在第一以及第二超聲波收發(fā)器的上游側(cè)配置有流速分布調(diào)整構(gòu)件。因此，第一超聲波收發(fā)器和第二超聲波收發(fā)器之間的超聲波的傳播不會(huì)受到流速分布調(diào)整構(gòu)件妨礙。
[0026]又，流速分布調(diào)整構(gòu)件被配置為，將流速分布調(diào)整構(gòu)件投影在與測(cè)定管的管軸正交的截面上的形狀的一部分和將超聲波的傳播路徑投影在與測(cè)定管的管軸正交的截面上的軌跡的一部分重合。在測(cè)定管內(nèi)的一個(gè)截面上，流體的流速在流速分布調(diào)整構(gòu)件存在的區(qū)域的下游減少，流體的流速在流速分布調(diào)整構(gòu)件不存在的區(qū)域的下游增加，由此超聲波傳播路徑上的流速分布變化。
[0027]因此，根據(jù)本發(fā)明，在不使SN比下降或耗電量增大的情況下，使從紊流區(qū)域至層流區(qū)域的流量修正系數(shù)的變化特性接近于較平的變化特性，能夠在較廣的流量范圍進(jìn)行高精度的流量測(cè)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1A以及圖1B是示出作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的超聲波流量計(jì)的示意圖。
[0029]圖2A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件且紊流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0030]圖2B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件且紊流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0031]圖3A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件且層流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0032]圖3B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件且層流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0033]圖4是表示沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件的情況下和有流速分布調(diào)整構(gòu)件的情況下的流量修正系數(shù)的變化特性的圖。
[0034]圖5是示出流速分布調(diào)整構(gòu)件的變形例的圖。
[0035]圖6是示出流速分布調(diào)整構(gòu)件的變形例的圖。
[0036]圖7是示出流速分布調(diào)整構(gòu)件的變形例的圖。
[0037]圖8是示出流速分布調(diào)整構(gòu)件的變形例的立體圖。
[0038]圖9A?圖9E是示出流速分布調(diào)整構(gòu)件的變形例的立體圖。
[0039]圖10是示出作為本發(fā)明的實(shí)施例1的超聲波流量計(jì)的立體圖。
[0040]圖11是從嵌入有流速分布調(diào)整構(gòu)件的一側(cè)來(lái)觀察圖10示出的超聲波流量計(jì)的主視圖。
[0041]圖12A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件且紊流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。圖12B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件且紊流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0042]圖13A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件且層流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0043]圖13B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件且層流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0044]圖14是從嵌入有流速分布調(diào)整構(gòu)件的一側(cè)來(lái)觀察作為本發(fā)明的實(shí)施例2的超聲波流量計(jì)的主視圖。
[0045]圖15A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件且紊流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0046]圖15B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件且紊流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0047]圖16A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件且層流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0048]圖16B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件且層流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0049]圖17A以及圖17B是示出以往的超聲波流量計(jì)的示意圖。
[0050]圖18A是示出層流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0051]圖18B是示出紊流的情況下的測(cè)定管內(nèi)的流速分布的圖。
[0052]圖19是示出流量修正系數(shù)的變化特性的圖。
[0053]圖20是示出理想的流量修正系數(shù)的變化特性的圖。
[0054]圖21是示出專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示出的星形的內(nèi)部構(gòu)件的圖。
[0055]圖22是對(duì)設(shè)置星形的內(nèi)部構(gòu)件的情況下的測(cè)定管內(nèi)的速度分布的變化進(jìn)行說(shuō)明的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0056]以下，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0057]圖1A以及圖1B是示出作為本發(fā)明的超聲波流體測(cè)定裝置的一個(gè)實(shí)施方式的超聲波流量計(jì)的示意圖。特別是圖1A示出平行于測(cè)定管的管軸的截面，圖1B示出與測(cè)定管的管軸正交的截面。在圖1A和圖1B中，與圖17A和圖17B相同的符號(hào)表示與參照?qǐng)D17A和圖17B說(shuō)明的構(gòu)成要素相同或等同的構(gòu)成要素，該說(shuō)明省略。
[0058]圖1A以及圖1B所示出的超聲波流量計(jì)100中，第一超聲波收發(fā)器2被配置于測(cè)定對(duì)象的流體流過(guò)的測(cè)定管I的上游側(cè)的外周面上，第二超聲波收發(fā)器3被配置于測(cè)定管I的下游側(cè)的外周面上。在超聲波收發(fā)器2以及超聲波收發(fā)器3連接有測(cè)定部4，測(cè)定部4基于超聲波收發(fā)器2和超聲波收發(fā)器3之間的超聲波的傳播時(shí)間的差，測(cè)定流體的流速V，根據(jù)流速V和測(cè)定管I的截面積S，通過(guò)Q = VXS求出流體的流量。
[0059]該超聲波流量計(jì)100中，在測(cè)定管I的上游側(cè)的管路(第一超聲波收發(fā)器2的上游側(cè)的管路)設(shè)置有調(diào)整測(cè)定管I內(nèi)的流體的流速的分布的流速分布調(diào)整構(gòu)件5。該流速分布調(diào)整構(gòu)件5由位于測(cè)定管I的內(nèi)周面的上側(cè)的第一長(zhǎng)方體狀的構(gòu)件5-1和位于測(cè)定管I的內(nèi)周面的下側(cè)的第二長(zhǎng)方體狀的構(gòu)件5-2構(gòu)成，將該長(zhǎng)度方向配置為測(cè)定管I的管軸O的方向。
[0060]流速分布調(diào)整構(gòu)件被配置為，將構(gòu)件5-1、5_2投影在與測(cè)定管I的管軸O正交的截面上的形狀的一部分和將超聲波的傳播路徑投影在與測(cè)定管I的管軸O正交的截面上的軌跡的一部分重合。即，從與測(cè)定管I的管軸O平行的方向觀察時(shí)，流速分布調(diào)整構(gòu)件5被配置為，流速分布調(diào)整構(gòu)件5的一部分與超聲波的傳播路徑的一部分重合。
[0061]在圖2A以及圖2B，對(duì)于沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況和有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況，比較并示出紊流的情況下的超聲波傳播路徑上的管內(nèi)的流速分布。圖2A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況，圖2B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況。比較該圖可知，在該超聲波流量計(jì)100中，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件5時(shí)，流速分布調(diào)整構(gòu)件5的具有構(gòu)件形狀的部分之后的流體的流速減少，沒(méi)有構(gòu)件形狀的部分之后的流體的流速增加。但是，在紊流區(qū)域，有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況下和沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況下，超聲波傳播路徑上測(cè)量的平均流速V2’幾乎不變。
[0062]在圖3A以及圖3B，對(duì)于沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況和有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況，比較并示出層流的情況下的超聲波傳播路徑上的管內(nèi)的流速分布。圖3A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況，圖3B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況。比較該圖可知，在該超聲波流量計(jì)100中，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件5時(shí)，流速分布調(diào)整構(gòu)件5的具有構(gòu)件形狀的部分之后的流體的流速減少，沒(méi)有構(gòu)件形狀的部分之后的流體的流速增加。在層流區(qū)域的情況下，有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況下和沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況下，超聲波傳播路徑上測(cè)量的平均流速VI’變化很大。
[0063]該超聲波流量計(jì)100中，如圖2B以及圖3B所示,通過(guò)設(shè)置流速分布調(diào)整構(gòu)件5,紊流區(qū)域中的實(shí)際流速V2和超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速V2的偏差△ V2與層流區(qū)域中的實(shí)際流速Vl和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速VI’的偏差A(yù)Vl的差變小。由此，如圖4所示，流量修正系數(shù)k的變化特性接近于較平的變化特性II，能夠在較廣流量范圍進(jìn)行高精度的流量測(cè)量。另外，圖4中，“ I ”表示沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況下的變化特性，“ II ”表示有流速分布調(diào)整構(gòu)件5的情況下的變化特性II。
[0064]另外，在該實(shí)施方式中，在測(cè)定管I內(nèi)的上下設(shè)置有長(zhǎng)方體狀的構(gòu)件5-1和5-2作為流速分布調(diào)整構(gòu)件5。但是，如圖5所示，也可以在測(cè)定管I內(nèi)的左右設(shè)置有同樣的長(zhǎng)方體狀的構(gòu)件5-3和5-4。又，如圖6所示，也可以設(shè)置有環(huán)狀的構(gòu)件6作為流速分布調(diào)整構(gòu)件。進(jìn)一步，如圖7所示，也可以在測(cè)定管I的管軸O的方向上設(shè)置形成有多個(gè)貫通孔6a的環(huán)狀的構(gòu)件6作為流速分布調(diào)整構(gòu)件。
[0065]又，如圖8所示，也可以將由內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-1、外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2以及多個(gè)肋(連接構(gòu)件)7-3構(gòu)成的構(gòu)件7作為流速分布調(diào)整構(gòu)件來(lái)使用。外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2是與測(cè)定管I的內(nèi)表面接觸的構(gòu)件。內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-1與外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2的內(nèi)表面分開(kāi)，與外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2同軸地配置。肋7-3通過(guò)連接內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-1和外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2，將內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-1和外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2之間的空間分割為多個(gè)空間7c。
[0066]換言之，流速分布調(diào)整構(gòu)件7 (7A)的與測(cè)定管I的管軸O正交的截面的形狀是具有分割測(cè)定管I的中央部和周緣部的內(nèi)側(cè)環(huán)狀面7a(內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-1)、環(huán)繞測(cè)定管I的周緣部的外側(cè)環(huán)狀面7b (外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2)、將被內(nèi)側(cè)環(huán)狀面7a和外側(cè)環(huán)狀面7b包圍的空間分割為多個(gè)空間7c的連接面7d(肋7-3)的形狀。內(nèi)側(cè)環(huán)狀面7a、外側(cè)環(huán)狀面7b以及連接面7d是在測(cè)定管I的管軸O的方向具有規(guī)定的長(zhǎng)度的形狀。
[0067]使用該流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的超聲波流量計(jì)100中，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件7A時(shí)，通過(guò)內(nèi)側(cè)環(huán)狀面7a的內(nèi)徑Φ I的空間7e，以及被連接面7d分割的內(nèi)側(cè)環(huán)狀面7a和外側(cè)環(huán)狀面7b之間的多個(gè)空間(分割空間)7c。該內(nèi)側(cè)環(huán)狀面7a的內(nèi)徑Φ I的空間7e和分割空間7c在管軸O的方向上具有長(zhǎng)度。流體通過(guò)該內(nèi)側(cè)環(huán)狀面7a的內(nèi)徑Φ I的空間7e的向管軸O的方向延伸的通路(內(nèi)側(cè)通路)7f以及分割空間7c的向管軸O的方向延伸的通路(外側(cè)通路)7g時(shí)，除掉流體的管半徑方向的速度分量，該流體的流動(dòng)被限制(整流)在同一方向上。
[0068]另外，作為流速分布調(diào)整構(gòu)件7的變形例，可以考慮如圖9A示出那樣的減少分割空間7c的數(shù)量、例如減少為3個(gè)的流速分布調(diào)整構(gòu)件7B，如圖9B示出那樣的增加分割空間7c的數(shù)量、例如增加為12個(gè)的流速分布調(diào)整構(gòu)件7C，如圖9C示出那樣的改變分割空間7c的大小的流速分布調(diào)整構(gòu)件7D等。又，也可以考慮如圖9D示出那樣的使外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2的長(zhǎng)度長(zhǎng)于內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-1的流速分布調(diào)整構(gòu)件7E，如圖9E示出那樣的使內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-1的長(zhǎng)度長(zhǎng)于外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件7-2的流速分布調(diào)整構(gòu)件7F等。
[0069]在測(cè)定管I內(nèi)的一個(gè)截面上，在流速分布調(diào)整構(gòu)件5存在的區(qū)域的下游，流體的流速減少。另一方面，在流速分布調(diào)整構(gòu)件5不存在的區(qū)域的下游，流體的流速增加。由此，由于流速分布變化，即使流體的流量相同，超聲波傳播路徑測(cè)量到的流速V也變化。
[0070]因此，如果使紊流區(qū)域的實(shí)際流速V2和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速V2’的偏差A(yù)V2與層流區(qū)域的實(shí)際流速Vl和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速VI’的偏差A(yù)Vl的差盡可能的小地，確定流速分布調(diào)整構(gòu)件5的形狀的話，能夠使從紊流區(qū)域至層流區(qū)域的流量修正系數(shù)k的特性接近較平的特性II。
[0071]〔實(shí)施例1〕
[0072]圖10中，示出使用流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的超聲波流量計(jì)作為實(shí)施例1。該超聲波流量計(jì)200中，在測(cè)定管I的入口側(cè)的管路1-1可裝卸地嵌入有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A。另夕卜，將出口側(cè)的管路1-2作為入口側(cè)使用的情況下，在出口側(cè)的管路1-2嵌入流速分布調(diào)整構(gòu)件7A。
[0073]又，在該超聲波流量計(jì)200中，為使將超聲波收發(fā)器2和超聲波收發(fā)器3之間的超聲波的傳播路徑(超聲波傳播路徑)8投影至與測(cè)定管I的管軸O正交的截面上的軌跡變?yōu)槿鐖D11所示的三角形，將超聲波收發(fā)器2和超聲波收發(fā)器3配置在測(cè)定管I的外周面上。該情況下，超聲波收發(fā)器2和超聲波收發(fā)器3之間的超聲波傳播路徑8相對(duì)于測(cè)定管I的管軸具有傾斜度，并且，在測(cè)定管I的內(nèi)周面上具有2點(diǎn)的反射點(diǎn)。
[0074]將該反射點(diǎn)設(shè)為2點(diǎn)的超聲波傳播路徑8作為三角形路徑是已知的技術(shù)，已知下述的方法:通過(guò)以使超聲波通過(guò)流路截面的大致整個(gè)區(qū)域的形態(tài)使傳播路徑通過(guò)流路內(nèi)，即使對(duì)于有偏向的流動(dòng)也能夠使偏向平均化，能夠高精度地測(cè)量流量。
[0075]在圖12A以及圖12B，對(duì)于沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況和有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況，比較并示出紊流的情況下的超聲波傳播路徑上的管內(nèi)的流速分布。圖12A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況，圖12B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況。比較該圖可知，該超聲波流量計(jì)200中，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件7A時(shí)，在超聲波傳播路徑8的三角形的軌跡的各邊，形成其中央部的流速的減少量比兩端部的流速的減少量大的速度分布。但是，紊流區(qū)域的情況與后述的層流區(qū)域的情況相比，中央部的流速的減少量較小。因此，紊流區(qū)域中，超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速V2’幾乎不變。
[0076]在圖13A以及圖13B，對(duì)于沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況和有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況，比較并示出層流的情況下的超聲波傳播路徑上的管內(nèi)的流速分布。圖13A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況，圖13B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況。比較該圖可知，該超聲波流量計(jì)200中，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件7A時(shí)，在超聲波傳播路徑8的三角形的軌跡的各邊，形成其中央部的流速的減少量比兩端部的流速的減少量大的速度分布。層流區(qū)域的情況與上述的紊流區(qū)域的情況相比，中央部的流速的減少量較大。因此，層流區(qū)域中，超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速VI’變化大。
[0077]該超聲波流量計(jì)200中，如圖12B以及圖13B所示，通過(guò)設(shè)置流速分布調(diào)整構(gòu)件7A，紊流區(qū)域中的實(shí)際流速V2和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速V2的偏差△ V2與層流區(qū)域中的實(shí)際流速Vl和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速VI’的偏差A(yù)Vl的差變小。由此，流量修正系數(shù)k的變化特性接近于較平的變化特性II (參照?qǐng)D4)，能夠在較廣流量范圍進(jìn)行高精度的流量測(cè)量。又，流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件7A時(shí)，該流體的流動(dòng)被內(nèi)側(cè)通路7f和外側(cè)通路7g整流，因此能夠進(jìn)行高精度的流量測(cè)量。
[0078]〔實(shí)施例2〕
[0079]圖14中，示出使用流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的超聲波流量計(jì)作為實(shí)施例2。該流速分布調(diào)整構(gòu)件7G中，與三角形路徑的三角形的軌跡的各角部重合地設(shè)置截面Y字狀的凸?fàn)畋?1?73。S卩，從測(cè)定管I的管軸O的方向觀察時(shí)，凸?fàn)畋?1?73被配置于與超聲波傳播路徑的反射點(diǎn)重合的位置。凸?fàn)畋?1?73的與管軸O正交的截面的形狀也可以是Y字狀，也可以是V字狀。凸?fàn)畋?1?73在測(cè)定管I的管軸O的方向上具有長(zhǎng)度。
[0080]在圖15A以及圖15B中，對(duì)于沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況和有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況，比較并示出紊流的情況下的超聲波傳播路徑上的管內(nèi)的流速分布。圖15A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況，圖15B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況。比較該圖可知，設(shè)置了截面Y字狀的凸?fàn)畋?1?73的情況下，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件7G時(shí)，在超聲波傳播路徑8的三角形的軌跡的各邊，形成其兩端部的流速的減少量比中央部的流速的減少量大的速度分布。但是，紊流區(qū)域的情況與后述的層流區(qū)域的情況相比，兩端部的流速的減少量較小。由此，紊流區(qū)域中，超聲波傳播路徑測(cè)量到的平均流速V2’幾乎不變。
[0081]在圖16A以及圖16B，對(duì)于沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況和有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況，比較并示出層流的情況下的超聲波傳播路徑上的管內(nèi)的流速分布。圖16A是示出沒(méi)有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況，圖16B是示出有流速分布調(diào)整構(gòu)件7G的情況。比較該圖可知，設(shè)置了截面Y字狀的凸?fàn)畋?1?73的情況下，流過(guò)測(cè)定管I的流體通過(guò)流速分布調(diào)整構(gòu)件7G時(shí)，在超聲波傳播路徑8的三角形的軌跡的各邊，形成其兩端部的流速的減少量比中央部的流速的減少量大的速度分布。層流區(qū)域的情況與上述的紊流區(qū)域的情況相比，兩端部的流速的減少量較大。因此，層流區(qū)域中，超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速Vl’變化大。
[0082]因此，與設(shè)置了流速分布調(diào)整構(gòu)件7A的情況同樣，紊流區(qū)域中的實(shí)際流速V2和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速V2的偏差A(yù)V2與層流區(qū)域中的實(shí)際流速Vl和超聲波傳播路徑測(cè)量的平均流速VI’的偏差A(yù)Vl的差變小。由此，流量修正系數(shù)k的變化特性接近于較平的變化特性II (參照?qǐng)D4)，能夠在較廣流量范圍進(jìn)行高精度的流量測(cè)量。
[0083]另外，實(shí)施例1、2中，雖然將超聲波傳播路徑8投影在與測(cè)定管I的管軸O正交的截面的軌跡為三角形，但并不限定于三角形，也可以是例如四邊形、五邊形等的多邊形。四邊形的情況下，測(cè)定管I的內(nèi)周面上的反射點(diǎn)變?yōu)?點(diǎn)，五邊形的情況下，測(cè)定管I的內(nèi)周面上的反射點(diǎn)變?yōu)?點(diǎn)。
[0084]又，流速分布調(diào)整構(gòu)件7 (7A?7G)未必是可裝卸地設(shè)置于測(cè)定管I上，也可以固定在測(cè)定管I上。又，也可以一體地制作于測(cè)定管I。通過(guò)將流速分布調(diào)整構(gòu)件7 (7A?7G)設(shè)為可裝卸的，維護(hù)變得容易，在塵土等的異物堵塞的情況下，能夠簡(jiǎn)單地進(jìn)行去除。
[0085]又，以上，以根據(jù)測(cè)定到的流體的流速來(lái)求出流量的超聲波流量計(jì)為例進(jìn)行了說(shuō)明，更不用說(shuō)求出流體的流速本身的超聲波流速計(jì)、根據(jù)流量來(lái)求出熱量的超聲波熱量計(jì)等也能夠采用同樣的構(gòu)成。
[0086]〔實(shí)施方式的擴(kuò)張〕
[0087]本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式以及實(shí)施例。在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和詳情中，可以在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)做出本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的各種各樣的變更。關(guān)于各實(shí)施方式和實(shí)施例，可以在不矛盾的范圍進(jìn)行任意地組合并實(shí)施。
[0088]符號(hào)說(shuō)明
[0089]1:測(cè)定管，O:管軸，2:第一超聲波收發(fā)器，3:第二超聲波收發(fā)器，4:測(cè)定部，5、6、7(7A?7G):流速分布調(diào)整構(gòu)件，7-1:內(nèi)側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件，7-2:外側(cè)的環(huán)狀構(gòu)件，7_3:肋，7a:內(nèi)側(cè)環(huán)狀面，7b:外側(cè)環(huán)狀面，7c:分割空間，7d:連接面，7e:內(nèi)徑Φ1的空間，7f:內(nèi)側(cè)通路，7g:外側(cè)通路，8:超聲波傳播路徑。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于，包括: 測(cè)定對(duì)象的流體流過(guò)的測(cè)定管； 被配置在所述測(cè)定管的上游側(cè)的周面上的第一超聲波收發(fā)器； 被配置在所述測(cè)定管的下游側(cè)的周面上的第二超聲波收發(fā)器； 測(cè)定部，所述測(cè)定部被連接于所述第一超聲波收發(fā)器以及所述第二超聲波收發(fā)器，基于所述第一超聲波收發(fā)器和所述第二超聲波收發(fā)器之間的超聲波的傳播時(shí)間的差，測(cè)定所述流體的流速；以及 流速分布調(diào)整構(gòu)件，所述流速分布調(diào)整構(gòu)件被配置在所述第一超聲波收發(fā)器的上游側(cè)的所述測(cè)定管的管路，調(diào)整所述測(cè)定管內(nèi)的所述流體的流速的分布， 所述流速分布調(diào)整構(gòu)件被配置為，將所述流速分布調(diào)整構(gòu)件投影在與所述測(cè)定管的管軸正交的截面上的形狀的一部分和將所述超聲波的傳播路徑投影在與所述測(cè)定管的管軸正交的截面上的軌跡的一部分重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 所述超聲波的傳播路徑相對(duì)于所述測(cè)定管的管軸具有傾斜度，并且，在所述測(cè)定管的內(nèi)表面至少具有2點(diǎn)的反射點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 所述流速分布調(diào)整構(gòu)件包括: 分割所述測(cè)定管的中央部和周緣部的內(nèi)側(cè)環(huán)狀構(gòu)件； 環(huán)繞所述測(cè)定管的周緣部的外側(cè)環(huán)狀構(gòu)件；以及 連接構(gòu)件，所述連接構(gòu)件通過(guò)連接所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀構(gòu)件和所述外側(cè)環(huán)狀構(gòu)件，將所述內(nèi)側(cè)環(huán)狀面和所述外側(cè)環(huán)狀面之間的空間分割為多個(gè)空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 將所述超聲波的傳播路徑投影在與所述測(cè)定管的管軸正交的截面上的軌跡為多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 所述多邊形為三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 所述流速分布調(diào)整構(gòu)件由長(zhǎng)方體狀的構(gòu)件構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 所述流速分布調(diào)整構(gòu)件由環(huán)狀的構(gòu)件構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 所述環(huán)狀的構(gòu)件包括在所述測(cè)定管的管軸方向上形成的多個(gè)貫通孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1記載的超聲波流體測(cè)定裝置，其特征在于， 從所述測(cè)定管的管軸方向觀察時(shí)，所述流速分布調(diào)整構(gòu)件被配置在與所述超聲波的傳播路徑的反射點(diǎn)重合的位置，并且，由與所述測(cè)定管的管軸正交的截面為Y字狀或V字狀的多個(gè)構(gòu)件構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK104136892SQ201380010867
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月28日
【發(fā)明者】泉浩司, 新谷知紀(jì), 村木浩二 申請(qǐng)人:阿自倍爾株式會(huì)社