一种多普勒式超声波流量计及其流量计测方法技术

多普勒式超声波流量计（１０Ａ）具备流速分布计算机构（６７）和对被测流体（１２）的速度分布进一步进行运算处理而计测流量的流量计测机构（６８），该流速分布计算机构（６７）包括：作为计算混入在被测流体（１２）中的多个反射体群（２５）的速度的流速数据取得机构的Ｕｄｆｌｏｗ单元（１３），对从Ｕｄｆｌｏｗ单元（１３）输入的反射体群（２５）的速度数据进行运算处理、计算流体配管（１１）中的被测流体（１２）的流速分布的流速分布计算部（７０），用来求出流体配管（１１）的中央位置的中央位置检测部（７１），和以分割区域单位选择计算流速分布时所使用的反射体群（２５）在流体配管（１１）内的分割区域的区域选择部（７２）。并且构成为，使从流速分布计算机构（６７）及流量计算机构（６８）中的至少一个输出的计算结果作为计测结果显示在显示监视器（３９）上。根据上述构成，能够提供即使在流速分布的测量值中产生偏差的情况下、也能进行更正确的流速分布计测及流量计测的多普勒式超声波流量计、流量计测方法及流量计测程序。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用超声波脉冲测量流体的速度分布及流量的多普勒式超声波流量计、利用多普勒式超声波流量计进行的流量计测方法及其流量计测程序，特别涉及能够非接触测量各种流体的流速分布及流量的多普勒式超声波流量计、利用该多普勒式超声波流量计进行的流量计测方法及在该流量计中使用的流量计测程序。
技术介绍
作为利用超声波脉冲的多普勒效应的多普勒式超声波流量计，有在特开2000-97742号公报中所公示的技术。该多普勒式超声波流量计是如下的装置将超声波脉冲从换能器向流体配管内的测量线发射，对来自在流体配管内流动的流体内的悬浮微粒子的反射波即超声波回波信号进行解析，根据悬浮微粒子的位置和速度来求得流体沿着测量线的流速分布及流量。测量线由从换能器发射的超声波脉冲的波束形成。多普勒式超声波流量计有下列优点能够适用于不透明流体及不透明流体配管内，能够非接触测量在流体配管内流动的流体，能够以沿着测量线的线测量来测量流体配管内的流速分布及流量，另一方面，既能够应用于不透明流体的流速分布及流量测量，又能够用于水银或钠等液体金属的流动测量。利用多普勒式超声波流量计，由于能得到从换能器发射到流体内的超声波脉冲的测量线上的流速分布的时效变化，所以希望有在流体配管内流动的流体的过渡流或紊流场中的流体流速分布及流量计测等方向的应用。在特开2000-97742号公报中记述了上述超声波流速分布及流量计的一个示例。(例如参照特许文献1)。特许文献1特开2000-97742号公报(说明书段落号0015～0019，0026～0032，0078～0082)以前的多普勒式超声波流量计以存在由被测流体内所含有的气泡或固体反射的超声波回波为前提。因而，在被测流体的流动极不稳定的情况下，有时会因气泡的密度差等而使流速分布的测量值中产生偏差。此外，由于在流量的计测中使用流速分布的测量值，所以在流速分布产生偏差时，也对流量的运算产生影响，流量的测量值也会产生偏差。进而，以前的多普勒式超声波流量计，从与用来确保瞬时地运算并计测短时间内变化的流量即响应性的硬件能力的关系出发，最多接收128处的超声波回波，但该超声波回波测量点的间隔(以下，称为通道距离)的最小值为被测流体中的超声波速度Cw除以超声波脉冲的基本频率f0的2倍的值。因而，能够由该多普勒式超声波流量计计测的最长距离，为最小通道距离乘以测量通道数的值，在此，为最小通道距离的128倍的距离，在流体配管的配管直径较大的情况下，有时得不到配管内所有区域的流速分布。进而，由于被测流体中的超声波速度Cw、超声波脉冲的基本频率f0、超声波脉冲的入射角度α等的用来进行最合适的测量的设定值因被测流体的种类、配管的厚度及材质等而不同，所以需要进行预备测量、即将这些设定值配合测量对象而求出最合适的值，而准备进行测量需要费一些工夫，导致现状是不能充分发挥即使没有“流量修正系数”也能够进行误差较小的测量的特性。另一方面，也可以设计备有配合测量对象及可计测的范围的多种硬件的、例如根据管径的大小及最大流速的范围而备有多种硬件的多普勒式超声波流量计，但从设计及成本的观点来说并不优选。此外，虽然通过增加可计测部位的上限能够延长可计测的距离，但从计测短时间内变化的流量的响应性的观点来说，受到硬件的性能、经济方面的限制。假设即使能够突破硬件的性能、经济方面的限度，对于现在可计测的范围来说过于专门化，并不优选。另一方面，以前的多普勒式超声波流量计构成为，即使存在部分的逆流即流速为负值的液流也能够进行计测，但在现实的计测中，在流速较快的液流中，即使部分存在逆流的概率也极低。因而，如果做成以不存在逆流为前提的流量计，则有可能扩大可测量的速度范围，但此时，却存在没有用来确认不存在逆流的机构的问题。所以，本专利技术要解决的课题是，提供一种即使在流速分布的测量值中发生偏差的情况下，也能够进行更正确的流速分布计测或流量计测的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。此外，要解决的另一个课题是，提供一种能够根据伴随测量对象的变量而自动地计算要调整到的最合适值并使用的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。进而，要解决的另外一个课题是，提供一种不受硬件的限制而能够比以前扩大可计测的范围的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。还有，要解决的另外一个课题是，提供一种能够判断是否存在流速为负值的流动、并在不存在负值的情况下能够扩大可测量的速度范围的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
技术实现思路
为了解决上述课题，如技术方案1所述，本专利技术所涉及的多普勒式超声波流量计的特征在于，具备超声波发送机构，用来使所需频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波，并计测测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，计测上述测量区域中的被测流体的流量；和频率选择设定机构，用来自动选择最适合频率，所述最适合频率是指相对于被测流体流过的流体配管的管壁产生共振的透过现象的基本频率f0；上述超声波发送机构构成为，以上述频率选择设定机构所选择的最适合频率振荡。为了解决上述课题，如技术方案2所述，本专利技术所涉及的多普勒式超声波流量计的特征在于，具备超声波发送机构，用来使所需频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布数据计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波，并计测测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，计测上述测量区域中的被测流体的流量；和入射角调整设定机构，用来调整设定从上述超声波换能器向被测流体内入射的超声波脉冲的入射角度；该入射角调整设定机构构成为，可相对于流体配管对超声波换能器进行调整设定，使超声波脉冲成为相对于流体配管的管壁产生共振的透过现象的入射角度。为了解决上述课题，如技术方案3所述，本专利技术所涉及的多普勒式超声波流量计的特征在于，具备超声波发送机构，用来使所需频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波，并测量测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，计测上述测量区域中的被测流体的流量；和换能器移动机构，具有第一换能器和与该第一换能器在流体配管的轴向上分开设置的第二换能器作为上述超声波发送机构的超声波换能器，并使上述第一换能器及第二换能器相对移动；上述换能器移动机构构成为，能够移动第一换能器及第二换能器，以使它们所振荡产生的超声波脉冲在流体配管内的测量区域中正交。为了解决上述课题，如技术方案4所述，本专利技术所涉及的多普勒式超声波流量计的特征在于，具备第一反射波接收器和第二反射波接收器，分别从上述第一换能器及第二换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多普勒式超声波流量计，其特征在于，具备：超声波发送机构，用来使所需频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波 ，并计测测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，计测上述测量区域中的被测流体的流量；和频率选择设定机构，用来自动选择最适合频率，所述最适合频率是指相对于被测流体流过的流体配管的管壁产生共 振的透过现象的基本频率ｆ↓［０］；上述超声波发送机构构成为，以上述频率选择设定机构所选择的最适合频率振荡。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：武田靖，森治嗣，
申请(专利权)人：东京电力株式会社，武田靖，
类型：发明
国别省市：JP[日本]