(57)【要約】【課題】センサを取り付けて測定を行うべき位置を容易に判定可能とする計測位置判定方法および超音波流量計の提供。【解決手段】第１位置から第１超音波を複数回送信するステップと、第２位置において第１超音波を複数回受信するステップと、第１超音波に基づいて得られる第１受信信号について、第１時間波形を算出するステップと、第２位置から第１位置に向けて第２超音波を複数回送信するステップと、第１位置において第２超音波を複数回受信するステップと、第２超音波に基づいて得られる第２受信信号について、第２時間波形を算出するステップと、第１時間波形と第２時間波形とに基づいて、第１位置に対して第２位置が、第１超音波の受信位置として適した位置であることを判定するステップと、を有する計測位置判定方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の内部を流れる流体の計測位置を判定する計測位置判定方法であって、
前記配管の外部の第１位置から前記配管の厚さ方向に第１超音波を複数回送信するステップと、
前記配管の外部であって前記第１位置よりも前記配管の下流側である第２位置において、前記第１超音波を複数回受信するステップと、
複数回受信した前記第１超音波に基づいて得られる第１受信信号について、前記第１受信信号の受信時間と、前記第１受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第１時間波形を算出するステップと、
前記第２位置から前記第１位置に向けて、前記配管の厚さ方向に第２超音波を複数回送信するステップと、
前記第１位置において、前記第２超音波を複数回受信するステップと、
複数回受信した前記第２超音波に基づいて得られる第２受信信号について、前記第２受信信号の受信時間と、前記第２受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第２時間波形を算出するステップと、
前記第１時間波形と前記第２時間波形とに基づいて、前記第１位置に対して前記第２位置が、前記第１超音波の受信位置として適した位置であることを判定するステップと、を有する計測位置判定方法。
【請求項２】
前記判定するステップは、前記第１時間波形において、本信号より前のノイズ波の受信期間における判定時刻の強度と、前記第２時間波形における前記判定時刻の強度との差が、予め定めた第１閾値よりも小さいときに前記適した位置として判定する請求項１に記載の計測位置判定方法。
【請求項３】
前記判定するステップは、前記第１時間波形と前記第２時間波形との相互相関関数の値が、予め定めた第２閾値よりも大きいときに、前記適した位置として判定する請求項１または２に記載の計測位置判定方法。
【請求項４】
前記判定するステップは、前記第１時間波形と前記第２時間波形との強度差の絶対値または前記絶対値から得られる同等値について、本信号より前のノイズ波の受信期間において積分した積分値が、予め定めた第３閾値よりも小さいときに、前記適した位置として判定する請求項１から３のいずれか１項に記載の計測位置判定方法。
【請求項５】
前記判定するステップは、前記第１時間波形におけるノイズ波の強度に対する本信号の強度の比である第１Ｓ／Ｎ比、および前記第２時間波形におけるノイズ波の強度に対する本信号の強度の比である第２Ｓ／Ｎ比が、いずれも予め定めた第４閾値よりも大きいときに、前記適した位置として判定する請求項１から４のいずれか１項に記載の計測位置判定方法。
【請求項６】
配管内を流れる流体の流量を計測する超音波流量計であって、
第１超音波を送信する第１送信部と、超音波振動を受信する第１受信部とを有する第１超音波トランスデューサと、
第２超音波を送信する第２送信部と、超音波振動を受信する第２受信部とを有する第２超音波トランスデューサと、
前記第１超音波トランスデューサと、前記第２超音波トランスデューサとの相対位置が、前記流量の計測位置として適した位置であることを判定する判定部とを備え、
前記判定部は、前記第１送信部に複数回前記第１超音波を送信させる第１指示部と、
前記第１超音波を受信した前記第２受信部によって出力される複数の第１受信信号を取得する第１受信信号取得部と、
前記複数の第１受信信号に基づいて、前記第１超音波の受信時間ごとに、前記第１受信信号の受信時間と、前記第１受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第１時間波形を算出する第１時間波形算出部と、
前記第２送信部に複数回前記第２超音波を送信させる第２指示部と、
前記第２超音波を受信した前記第１受信部によって出力される複数の第２受信信号を取得する第２受信信号取得部と、
前記複数の第２受信信号に基づいて、前記第２超音波の受信時間ごとに、前記第２受信信号の受信時間と、前記第２受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第２時間波形を算出する第２時間波形算出部と、
前記第１時間波形と、前記第２時間波形とに基づいて、前記適した位置を判定する位置判定部と、を有する超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測位置判定方法および超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上流側トランスデューサと下流側トランスデューサとを用いて管路の内部を流れる流体の流量を測定する超音波流量計が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下の説明では、トランスデューサを「センサ」と称することがある。
【０００４】
特許文献１に記載された超音波流量計では、上流側センサによって送信された超音波が、下流側センサにおいて受信される。また、下流側センサによって送信された超音波が、上流側センサにおいて受信される。
【０００５】
制御部は、上流側センサから下流側センサへの超音波の伝播時間（伝播時間Ａ）、及び下流側センサから上流側センサへの超音波の伝播時間（伝播時間Ｂ）を算出する。更に、制御部は、伝播時間Ａと伝播時間Ｂとの伝播時間差を算出し、伝播時間差を用いて流体の流速および流量を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２２２１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の超音波流量計では、流体の流動方向に対して、上流側センサおよび下流側センサの取り付け位置を異ならせることで、目的とする流体の流速および流量を測定している。そのため、特許文献１に記載の超音波流量計においては、センサの取り付け位置に応じて測定結果が影響を受ける。
【０００８】
しかし、センサの取り付け位置の設定方法については、これまで検討されておらず、適切なセンサの設定位置を容易に判定する方法が求められていた。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、センサを取り付けて測定を行うべき位置を容易に判定可能とする計測位置判定方法を提供することを目的とする。また、センサの取り付け位置を容易に判定可能であり、高精度の測定を可能とする超音波流量計を提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、配管の内部を流れる流体の計測位置を判定する計測位置判定方法であって、前記配管の外部の第１位置から前記配管の厚さ方向に第１超音波を複数回送信するステップと、前記配管の外部であって前記第１位置よりも前記配管の下流側である第２位置において、前記第１超音波を複数回受信するステップと、複数回受信した前記第１超音波に基づいて得られる第１受信信号について、前記第１受信信号の受信時間と、前記第１受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第１時間波形を算出するステップと、前記第２位置から前記第１位置に向けて、前記配管の厚さ方向に第２超音波を複数回送信するステップと、前記第１位置において、前記第２超音波を複数回受信するステップと、複数回受信した前記第２超音波に基づいて得られる第２受信信号について、前記第２受信信号の受信時間と、前記第２受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第２時間波形を算出するステップと、前記第１時間波形と前記第２時間波形とに基づいて、前記第１位置に対して前記第２位置が、前記第１超音波の受信位置として適した位置であることを判定するステップと、を有する計測位置判定方法を提供する。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記判定するステップは、前記第１時間波形において、本信号より前のノイズ波の受信期間における判定時刻の強度と、前記第２時間波形における前記判定時刻の強度との差が、予め定めた第１閾値よりも小さいときに前記適した位置として判定する方法としてもよい。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記判定するステップは、前記第１時間波形と前記第２時間波形との相互相関関数の値が、予め定めた第２閾値よりも大きいときに、前記適した位置として判定する方法としてもよい。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記判定するステップは、前記第１時間波形と前記第２時間波形との強度差の絶対値または前記絶対値から得られる同等値について、本信号より前のノイズ波の受信期間において積分した積分値が、予め定めた第３閾値よりも小さいときに、前記適した位置として判定する方法としてもよい。
【００１４】
本発明の一態様においては、前記判定するステップは、前記第１時間波形におけるノイズ波の強度に対する本信号の強度の比である第１Ｓ／Ｎ比、および前記第２時間波形におけるノイズ波の強度に対する本信号の強度の比である第２Ｓ／Ｎ比が、いずれも予め定めた第４閾値よりも大きいときに、前記適した位置として判定する方法としてもよい。
【００１５】
また、本発明の一態様は、配管内を流れる流体の流量を計測する超音波流量計であって、第１超音波を送信する第１送信部と、超音波振動を受信する第１受信部とを有する第１超音波トランスデューサと、第２超音波を送信する第２送信部と、超音波振動を受信する第２受信部とを有する第２超音波トランスデューサと、前記第１超音波トランスデューサと、前記第２超音波トランスデューサとの相対位置が、前記流量の計測位置として適した位置であることを判定する判定部とを備え、前記判定部は、前記第１送信部に複数回前記第１超音波を送信させる第１指示部と、前記第１超音波を受信した前記第２受信部によって出力される複数の第１受信信号を取得する第１受信信号取得部と、前記複数の第１受信信号に基づいて、前記第１超音波の受信時間ごとに、前記第１受信信号の受信時間と、前記第１受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第１時間波形を算出する第１時間波形算出部と、前記第２送信部に複数回前記第２超音波を送信させる第２指示部と、前記第２超音波を受信した前記第１受信部によって出力される複数の第２受信信号を取得する第２受信信号取得部と、前記複数の第２受信信号に基づいて、前記第２超音波の受信時間ごとに、前記第２受信信号の受信時間と、前記第２受信信号の受信時間ごとの強度の標準偏差または前記標準偏差から得られる標準偏差同等値との関係を示す第２時間波形を算出する第２時間波形算出部と、前記第１時間波形と、前記第２時間波形とに基づいて、前記適した位置を判定する位置判定部と、を有する超音波流量計。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、センサを取り付けて測定を行うべき位置を容易に判定可能とする計測位置判定方法を提供することができる。また、センサの取り付け位置を容易に判定可能であり、高精度の測定を可能とする超音波流量計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態の超音波流量計１を示す図である。
【図２】図２は、配管Ａの内部Ａ２を流動する流体Ｆの様子を示す模式図である。
【図３】図３は、配管Ａにおいて超音波振動が伝わる様子を示す説明図である。
【図４】図４は、配管Ａにおいて超音波振動が伝わる様子を示す説明図である。
【図５】図５は、制御装置１３を示す模式図である。
【図６】図６は、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置ではない場合の、第１受信信号の時間波形および第２受信信号の時間波形である。
【図７】図７は、図６の第１受信信号の時間波形に基づいて算出された第１時間波形、および第２受信信号の時間波形に基づいて算出された第２時間波形である。
【図８】図８は、図６、７に示す各時間波形について、本信号が含まれる受信時間の範囲の拡大図である。
【図９】図９は、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置である場合の、第１受信信号の時間波形および第２受信信号の時間波形である。
【図１０】図１０は、図９の第１受信信号の時間波形に基づいて算出された第１時間波形および第２受信信号の時間波形に基づいて算出された第２時間波形である。
【図１１】図１１は、図９、１０に示す各時間波形について、本信号が含まれる受信時間の範囲の拡大図である。
【図１２】図１２は、配管Ａに対する超音波流量計１の取り付け操作を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、ステップＳ１１，Ｓ１２の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１〜図１３を参照しながら、本実施形態に係る計測位置判定方法および超音波流量計について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００１９】
本実施形態に係る超音波流量計は、例えば、ボイラーなどの蒸気製造装置と負荷設備との間に配設される配管内を流れる流体の流量を計測可能な装置である。流体には、蒸気が含まれる。負荷設備では、蒸気または蒸気の熱が利用される。また、本実施形態の超音波流量計は、配管内を流れる気体の流体を、超音波を利用して計測する装置である。
【００２０】
配管内を流動する流体は、後述する単相流であってもよく、二相流であってもよく、混相流であってもよい。
【００２１】
図１は本実施形態の超音波流量計１を示す図である。図１に示すように、超音波流量計１は、第１超音波トランスデューサ１１と、第２超音波トランスデューサ１２と、制御装置１３とを有している。第１超音波トランスデューサ１１と、第２超音波トランスデューサ１２とは、水平方向に延在する配管Ａの外部に設けられている。
【００２２】
以下の説明においては、ｘｙｚ直交座標系を設定し、このｘｙｚ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ここでは、水平面内の所定方向をｘ軸方向、水平面内においてｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をｚ軸方向とする。
【００２３】
以下の説明では、第１超音波トランスデューサを「第１超音波センサ」と称することがある。また、第２超音波トランスデューサを「第２超音波センサ」と称することがある。
【００２４】
第１超音波センサ１１は、第１超音波Ｐ１を送信する第１送信部１１Ａと、超音波を受信する第１受信部１１Ｂとを備えている。
【００２５】
以下の説明において、第１超音波センサ１１の取り付け位置を「第１位置」と称することがある。
【００２６】
第２超音波センサ１２は、第２超音波Ｐ２を送信する第２送信部１２Ａと、超音波を受信する第２受信部１２Ｂとを備えている。第２超音波センサ１２は、第１超音波センサ１１よりも、配管Ａ内を流れる蒸気（流体Ｆ）の流れ方向下流側に設けられている。図では、白矢印で流体Ｆの流れ方向を示している。
【００２７】
以下の説明において、第２超音波センサ１２の取り付け位置を「第２位置」と称することがある。
【００２８】
図１に示すように、第１超音波センサ１１および第２超音波センサ１２は、配管Ａの外面Ａ１に接触した状態で設置される（クランプオン方式）。また、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とは、理想的には同じｘｙ平面上に、すなわちｚ方向において同じ高さ位置に配置している。
【００２９】
第２受信部１２Ｂは、第１送信部１１Ａが送信した第１超音波Ｐ１を含む超音波を受信し、受信信号（電圧信号）に変換して出力する。
第１受信部１１Ｂは、第２送信部１２Ａが送信した第２超音波Ｐ２を含む超音波を受信し、受信信号（電圧信号）に変換して出力する。
【００３０】
制御装置１３は、第１超音波センサ１１と、第２超音波センサ１２との相対位置が、配管Ａ内を流動する流体Ｆの流量の計測位置として適した位置であることを判定する判定部とを有する。
【００３１】
また、制御装置１３は、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とを用い、第１超音波センサ１１から第２超音波センサ１２に向けて送信する第１超音波Ｐ１の伝播時間と、第２超音波センサ１２から第１超音波センサ１１に向けて送信する第２超音波Ｐ２の伝播時間と、を用いて、配管Ａの内部Ａ２を流動する流体Ｆの流速および流量を算出する。
【００３２】
詳しくは、制御装置１３は、第１超音波センサ１１から第２超音波センサ１２に向けて送信する第１超音波Ｐ１の伝播時間と、第２超音波センサ１２から第１超音波センサ１１に向けて送信する第２超音波Ｐ２の伝播時間との伝播時間差を算出する。さらに、制御装置１３は、求めた伝播時間差を用いて流体Ｆの流速および流量を演算する。
制御装置１３については、後に詳述する。
【００３３】
図２は、配管Ａの内部Ａ２を流動する流体Ｆの様子を示す模式図であり、図１に示す線分ＩＩ−ＩＩにおける矢視断面図である。
【００３４】
図２に示す配管Ａは、配管Ａの中心軸方向に見たときの断面形状が円環状を呈している。また、配管Ａは、外面Ａ１が制振材Ｂで覆われている。制振材Ｂは公知のものを用いることができる。
【００３５】
配管Ａの内部Ａ２を流動する流体Ｆが、水蒸気を飽和量未満含む場合、配管Ａの内部では、気体のみ、例えばいわゆる「乾き蒸気」が流動する。本明細書においては、このような流動状態を「単相流」と称する。
【００３６】
一方、例えばボイラーで発生した蒸気（流体Ｆ）が、配管Ａの内部を流動する際に流体Ｆの温度が下がると、流体Ｆに含まれる水蒸気が飽和し、配管内で水蒸気が飽和した気体Ｇ（気相）と、生じた液体Ｗ（液相）とに分離する。液体Ｗは、気体Ｇの流動とともに流体Ｆの流動方向に流動する。このような流動状態を「二相流」または「混相流」と称する。
【００３７】
このとき、配管Ａの内部Ａ２においては、液体Ｗは図２の各図に示すような流動状態で流動する。
【００３８】
図２（ａ）は、二相流のうち「層状流」を示す。「層状流」は、配管Ａの内部Ａ２の下部に存在する液体Ｌの界面に波立ちが確認できないものであって、気体Ｇと液体Ｌとが分離されている流れである。
【００３９】
図２（ｂ）は、二相流のうち「波状流」を示す。「波状流」は、配管Ａの内部Ａ２の下部に存在する液体Ｌの液面Ｌ１に波立ちが確認できるものであって、気体Ｇと液体Ｌとが分離されている流れである。
【００４０】
図２（ｄ）は、混相流のうち「環状噴霧流」を示す。「環状噴霧流」は、配管Ａの内部Ａ２の上部まで液膜が確認できるものであり、配管Ａの内壁Ａ３に液体Ｌの膜が存在し、気体Ｇの管断面中心部に多数の液滴Ｌ２を同伴している流れである。
【００４１】
図２（ｃ）は、二相流のうち「波状環状遷移」を示す。「波状環状遷移」は、「波状流」と「環状噴霧流」との遷移状態の流れである。
【００４２】
図３，４は、配管Ａにおいて超音波振動が伝わる様子を示す説明図であり、図１に示す線分ＩＩ−ＩＩにおける矢視断面図である。図３，４においては、配管Ａの内部Ａ２の流体Ｆが層状流であることとして示している。
【００４３】
本実施形態の超音波流量計１において、配管Ａの外面Ａ１に設置した第１超音波センサ１１の第１送信部１１Ａから送信した第１超音波Ｐ１は、配管Ａの内部Ａ２を伝播する。第２超音波センサ１２の第２受信部１２Ｂは、配管Ａの内部Ａ２を伝播した第１超音波Ｐ１を受信し、受信信号に変換して出力する。
【００４４】
一方、超音波流量計１において、配管Ａの管壁の厚さ方向に加わった超音波は、管壁を厚さ方向に振動させる。生じた振動は、ノイズ波Ｎとして配管Ａを伝播し、第２超音波センサ１２で受信される。第２受信部１２Ｂは、ノイズ波Ｎも受信し、受信信号に変換して出力する。
【００４５】
すなわち、第２受信部１２Ｂが出力する受信信号には、配管Ａの内部Ａ２を伝播した第１超音波Ｐ１に由来する信号と、配管Ａを伝播したノイズ波Ｎに由来する信号との両方を含む。このとき、固体である配管Ａを伝播するノイズ波Ｎは、気体または液体である流体Ｆを伝播する第１超音波Ｐ１よりも早く第２受信部１２Ｂに到達する。
【００４６】
また、第２超音波センサ１２から送信した第２超音波Ｐ２を第１超音波センサ１１で受信する場合にも、第１受信部１１Ｂが出力する受信信号には、配管Ａの内部Ａ２を伝播した超音波に由来する信号と、配管Ａを伝播したノイズ波Ｎに由来する信号との両方を含む。このとき、固体である配管Ａを伝播するノイズ波Ｎは、気体または液体である流体Ｆを伝播する第２超音波Ｐ２よりも早く第１受信部１１Ｂに到達する。
【００４７】
本明細書では、配管Ａの内部Ａ２を伝播した超音波Ｐに由来する信号を「本信号」とする。また、ノイズ波に由来する信号を「ノイズ信号」とする。超音波流量計１においては、本信号を用いて、流体Ｆの流量測定を行う。
【００４８】
ここで、配管Ａの中心Ｃを含みｘｙ方向に延在する仮想面Ｓを想定した場合、仮想面Ｓよりも上方側αよりも仮想面Ｓよりも下方側βに液体Ｌが溜まる。
【００４９】
図３に示すように、第１超音波センサ１１の第１送信部１１Ａから第１超音波Ｐ１を送信すると、配管Ａを伝播するノイズ波Ｎとして、上方側αを伝播するノイズ波Ｎ１と、下方側βを伝播するノイズ波Ｎ２が生じる。
【００５０】
このとき、ノイズ波Ｎ２の一部は、配管Ａの内部Ａ２において重力方向下方（−ｚ方向）に溜まる液体Ｌに透過し、さらに、気液界面（液面Ｌ１）で反射して、再度配管Ａに戻ってくる。液体Ｌは配管Ａの内部Ａ２を流動するため液面Ｌ１が動き、液体Ｌを透過するノイズ波Ｎ２の一部が時間的な変動を受ける。このような伝播をするため、二相流または混相流の場合には、単相流の場合と比べ、ノイズ波Ｎに時間的な変動が含まれる。
【００５１】
図３では、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とが仮想面Ｓ上に配置されている。言い換えると、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とは、配管Ａの中心に対して点対称の位置であって、同じ高さ位置に設置されている。
【００５２】
この場合、第１超音波センサ１１から第２超音波センサ１２に超音波を送信する際に生じるノイズ波Ｎ２と、第２超音波センサ１２から第１超音波センサ１１に超音波を送信する際に生じるノイズ波Ｎ２とに違いが生じない。そのため、単相流の場合と比べノイズの影響が増えるが、信号解析および目的とする流体Ｆの流量や流速の測定が可能である。
【００５３】
一方、図４に示すように、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とが仮想面Ｓ上に配置されていない場合、第１超音波センサ１１から第２超音波センサ１２に超音波を送信する際に生じるノイズ波Ｎ２（ノイズ波Ｎ２１）と、第２超音波センサ１２から第１超音波センサ１１に超音波を送信する際に生じるノイズ波Ｎ２（ノイズ波Ｎ２２）とに違いが生じる。これは、センサ位置と液体Ｌの液膜の厚さとの関係が、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とで異なることに起因する。そのため、図４に示すような配置の場合、ノイズ波Ｎ２１とノイズ波Ｎ２２とがそれぞれ液体Ｌから受ける時間的な変動が異なる。
【００５４】
その結果、例えばノイズ波Ｎ２１と、ノイズ波Ｎ２２との強度に違いが生じ、受信部からはノイズが少ない本信号とノイズが多い本信号とが出力されることになる。そのため、図４のようなセンサ配置において得られる信号状態では、結果的に信号解析および目的とする流体Ｆの流量や流速の測定が困難となりやすい。
【００５５】
さらに、図４に示す例の他、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とが、配管Ａの中心Ｃに対して点対称の位置にない場合には、配管Ａに沿った第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２との距離が配管Ａの上方側αと下方側βとで異なる。この場合、上方側αを伝播するノイズ波Ｎ１と下方側βを伝播するノイズ波Ｎ２とでは、伝播する距離が異なるため、受信時間や振動の減衰量が異なる。
【００５６】
その結果、例えばノイズ波Ｎ１と、ノイズ波Ｎ２との強度に違いが生じ、受信部からはノイズが少ない本信号とノイズが多い本信号とが出力されることになる。そのため、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とが、配管Ａの中心Ｃに対して点対称の位置にない場合であっても、信号解析および流量の測定が困難となりやすい。
【００５７】
このような課題に対し、本実施形態の超音波流量計１では、制御装置１３が以下に説明する構成を有し、適切な処理を行うことにより、容易に第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とを適切な位置（例えば、図３に示す理想的な配置）に設置可能となっている。
【００５８】
図５は、制御装置１３を示す模式図である。図５には、制御装置１３の構成の一部を示している。制御装置１３は、第２受信部１２Ｂによって出力される受信信号、第１受信部１１Ｂによって出力される受信信号などに基づいて、第１超音波センサ１１および第２超音波センサ１２の取り付け位置が適切であるか否かを判定する。
【００５９】
図５に示す制御装置１３は、第１指示部１３Ａと、第２指示部１３Ｂと、第１受信信号取得部１３Ｃと、第２受信信号取得部１３Ｄと、第１時間波形算出部１３Ｅと、第２時間波形算出部１３Ｆと、位置判定部１３Ｇと、記憶部１３Ｈと、入力部１３Ｘと、入力受付部１３Ｙと、出力部１３Ｚと、を有する。第１指示部１３Ａと、第２指示部１３Ｂと、第１受信信号取得部１３Ｃと、第２受信信号取得部１３Ｄと、第１時間波形算出部１３Ｅと、第２時間波形算出部１３Ｆと、位置判定部１３Ｇとは、本発明における「判定部」を構成する。
【００６０】
第１指示部１３Ａは、第１送信部１１Ａに対し超音波（第１超音波Ｐ１）を送信する指示を出し、第１送信部１１Ａに超音波を複数回送信させる。
【００６１】
第２指示部１３Ｂは、第２送信部１２Ａに対し超音波（第２超音波Ｐ２）を送信する指示を出し、第２送信部１２Ａに超音波を複数回送信させる。
【００６２】
第１送信部１１Ａによる超音波の送信回数と、第２送信部１２Ａによる超音波の送信回数とは、同じ回数であってもよく、異なっていてもよい。第１送信部１１Ａおよび第２送信部１２Ａから、本実施形態の発明を実施する上で十分な回数、例えばそれぞれ２０００回以上超音波を送信する。
【００６３】
第１受信信号取得部１３Ｃは、第２受信部１２Ｂによって出力される第１受信信号を取得する。
【００６４】
第１受信信号は、第２受信部１２Ｂが第１超音波を受信して変換された信号、および第２受信部１２Ｂがノイズ波を受信して変換された信号（ノイズ信号）を含む。
【００６５】
第２受信部１２Ｂでは、第１送信部１１Ａによる１回の超音波送信ごとに、第１送信部１１Ａが超音波を送信した送信時刻から第２受信部１２Ｂに到達するまでの到達時間（第２受信部１２Ｂにおける受信時間）の異なる超音波（第１超音波Ｐ１及びノイズ波）を連続して受信する。第１受信信号取得部１３Ｃでは、第２受信部１２Ｂで受信する超音波に基づいて、離散的に複数の第１受信信号を受信する。
【００６６】
超音波の受信時間と、連続して受信した第１受信信号とから、超音波（第１超音波Ｐ１およびノイズ波）の受信時間に対する信号電圧の対応関係である第１受信信号の時間波形を求めることができる。第１受信信号の受信間隔は、第１受信信号の時間波形を描くことができる程度の間隔であるとよい。例えば、５００μ秒ごと（２ｋＨｚ）に第１受信信号を受信する。
【００６７】
第１受信信号の時間波形は、第１送信部１１Ａによる１回の超音波送信ごとに求められる。すなわち、第１送信部１１Ａによる超音波の送信回数が２０００回以上であれば、２０００以上の時間波形が得られる。
【００６８】
第２受信信号取得部１３Ｄは、第１受信部１１Ｂによって出力される第２受信信号を取得する。
【００６９】
第２受信信号は、第２受信部１２Ｂが第１超音波を受信して変換された信号、および第２受信部１２Ｂがノイズ波を受信して変換された信号（ノイズ信号）を含む。
【００７０】
第１受信部１１Ｂでは、第２送信部１２Ａによる１回の超音波送信ごとに、第２送信部１２Ａが超音波を送信した送信時刻から第１受信部１１Ｂに到達するまでの到達時間（第１受信部１１Ｂにおける受信時間）の異なる超音波（第２超音波Ｐ２及びノイズ波）を連続して受信する。第２受信信号取得部１３Ｄでは、第１受信部１１Ｂで受信する超音波に基づいて、離散的に複数の第２受信信号を受信する。
【００７１】
超音波の受信時間と、連続して受信した第２受信信号とから、超音波（第２超音波Ｐ２およびノイズ波）の受信時間に対する信号電圧の対応関係である第２受信信号の時間波形を求めることができる。第２受信信号の受信間隔は、第２受信信号の時間波形を描くことができる程度の間隔であるとよい。例えば、５００μ秒ごと（２ｋＨｚ）に第２受信信号を受信する。
【００７２】
第２受信信号の時間波形は、第２送信部１２Ａによる１回の超音波送信ごとに求められる。すなわち、第２送信部１２Ａによる超音波の送信回数が２０００回以上であれば、２０００以上の時間波形が得られる。
【００７３】
第１時間波形算出部１３Ｅは、第１送信部１１Ａが超音波を送信した送信時刻から所定時間経過後の時刻に、第２受信部１２Ｂによって出力される第１受信信号の強度を取得する。第１時間波形算出部１３Ｅは、第１送信部１１Ａが送信した複数回の超音波送信のそれぞれにおいて同様に、第１送信部１１Ａが超音波を送信した送信時刻から所定時間経過後の時刻に、第１受信信号の強度を取得する。本実施形態の第１時間波形算出部１３Ｅは、このようにして取得した複数の第１受信信号の強度について、標準偏差（第１標準偏差）を算出する。
【００７４】
また、第１時間波形算出部１３Ｅは、複数の時刻において、上述の第１標準偏差を算出する。
【００７５】
これにより、超音波（第１超音波Ｐ１およびノイズ波）の受信時間に対する信号電圧の第１標準偏差の対応関係である、第１標準偏差の時間波形を求めることができる。以下、第１標準偏差の時間波形を「第１時間波形」と称することがある。
【００７６】
第２時間波形算出部１３Ｆは、第２送信部１２Ａが超音波を送信した送信時刻から所定時間経過後の時刻に、第１受信部１１Ｂによって出力される第２受信信号の強度を取得する。第２時間波形算出部１３Ｆは、第２送信部１２Ａが送信した複数回の超音波送信のそれぞれにおいて同様に、第２送信部１２Ａが超音波を送信した送信時刻から所定時間経過後の時刻に、第２受信信号の強度を取得する。本実施形態の第２時間波形算出部１３Ｆは、このようにして取得した複数の第２受信信号の強度について、標準偏差（第２標準偏差）を算出する。
【００７７】
また、第２時間波形算出部１３Ｆは、複数の時刻において、上述の第２標準偏差を算出する。
【００７８】
これにより、超音波（第２超音波Ｐ２およびノイズ波）の受信時間に対する信号電圧の第２標準偏差の対応関係である、第２標準偏差の時間波形を求めることができる。以下、第２標準偏差の時間波形を「第２時間波形」と称することがある。
【００７９】
位置判定部１３Ｇは、第１時間波形と第２時間波形とに基づいて、第１位置に対して第２位置が、第１超音波の受信位置として適した位置であることを判定する。位置判定部１３Ｇにおいては、第１時間波形と第２時間波形とにおけるノイズ波の波形に基づいて上記判定を行う。以下、図６〜１１を参照して説明する。
【００８０】
図６〜１１は、第１受信信号の時間波形、第２受信信号の時間波形、第１時間波形および第２時間波形である。
【００８１】
図６は、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置ではない場合の第１受信信号の時間波形、第２受信信号の時間波形であり、複数（例えば、２０００回以上）の超音波の送信回数に対応した複数の時間波形の平均波形である。横軸は第１受信部１１Ｂまたは第２受信部１２Ｂにおける超音波の受信時間（単位：μ秒）を示す。縦軸は第１受信信号および第２受信信号の強度（単位：Ｖ）を示す。
【００８２】
図７は、図６の第１受信信号の時間波形に基づいて算出された第１時間波形、および第２受信信号の時間波形に基づいて算出された第２時間波形である。横軸は第１受信部１１Ｂまたは第２受信部１２Ｂにおける超音波の受信時間（単位：μ秒）を示す。縦軸は第１標準偏差および第２標準偏差の強度（単位：Ｖ）を示す。
【００８３】
図８は、図６、７に示す各時間波形について、本信号が含まれる受信時間の範囲の拡大図である。横軸は第１受信部１１Ｂまたは第２受信部１２Ｂにおける超音波の受信時間（単位：μ秒）を示す。左辺縦軸は第１受信信号および第２受信信号の強度（単位：Ｖ）を示す。右辺縦軸は、第１標準偏差および第２標準偏差の強度（単位：Ｖ）を示す。
【００８４】
図８において、左辺縦軸の０Ｖを中心とした振幅波形は、第１受信信号の時間波形、および第２受信信号の時間波形を示す。また、図８において、右辺縦軸の０．０５Ｖ未満の位置にベースラインを有する波形は、第１時間波形および第２時間波形を示す。
【００８５】
図９は、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置である場合の第１受信信号の時間波形、第２受信信号の時間波形であり、図６に対応した平均波形を示す図である。縦軸、横軸は、図６と同じである。
【００８６】
図１０は、図９の第１受信信号の時間波形に基づいて算出された第１時間波形および第２受信信号の時間波形に基づいて算出された第２時間波形であり、図７に対応した図である。縦軸、横軸は、図５と同じである。
【００８７】
図１１は、図９、１０に示す各時間波形について、本信号が含まれる受信時間の範囲の拡大図であり、図８に対応した図である。縦軸、横軸は、図６と同じである。
【００８８】
図７，８，１０，１１において、Ｘは第１送信部で発信した第１超音波を第２受信部で受信したときの受信信号の標準偏差の時間波形を示し、Ｙは第２送信部で発信した第２超音波を第１受信部で受信したときの受信信号の標準偏差の時間波形を示す。
【００８９】
まず、受信信号の時間波形と、標準偏差の時間波形とを比べると、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置ではない場合（図６、７）、およびセンサ取り付け位置が流量測定に適した位置である場合（図９、１０）のいずれも、標準偏差の時間波形のほうが本信号（２００μ秒付近のピーク）を認識しやすくなっている。そのため、標準偏差の時間波形を作成することにより、本信号が明らかとなり、超音波流量計１を設置した後の、流量測定が容易であることが分かる。
【００９０】
（判定基準１）
次いで、図７、１０を比べると図７では、第１時間波形と第２時間波形とを比べると、本信号より前の期間であるノイズ波の受信期間（例えば、５０μ秒から１５０μ秒の期間）において、判定時刻（例えば、１００μ秒の時刻）の第１標準偏差の強度と第２標準偏差の強度に明らかな差がある。図７では、判定時刻における第１標準偏差の強度と第２標準偏差の強度の差を符号Ｔａ（強度差Ｔａ）として示している。
【００９１】
一方で、図１０では、第１時間波形と第２時間波形とを比べると、ノイズ波の受信期間（例えば、５０μ秒から１５０μ秒の期間）において、第１標準偏差の強度と第２標準偏差の強度とに差が見られない。
【００９２】
そのため、第１時間波形と第２時間波形とについて、判定時間の強度差に対し第１閾値Ｔ１を設定しておくことで、第１標準偏差と第２標準偏差との強度差Ｔａが第１閾値Ｔ１よりも小さい場合に（Ｔａ＜Ｔ１）、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定することができる。
【００９３】
このような判定は、例えば、第１時間波形と、第２時間波形とのノイズ波の受信期間において、最大値を示す時刻で行ってもよい。
【００９４】
また、図７に示すように、予め判定時刻を定め、判定時刻において判定を行ってもよい。送信部から送信される超音波は、超音波流量計１の取り付け対象である配管Ａの直径、厚み、材質、測定対象の流体の種類、流速などの条件に応じて、受信部への到達時間（受信部での受信時間が異なる。そのため、予め判定時刻を定める場合には、予備実験を行い判定時刻として妥当な時刻を決定しておくとよい。
【００９５】
（判定基準２）
また、図７、１０における全時間範囲において、第１標準偏差と第２標準偏差とを用い、公知の方法を用いて第１時間波形と第２時間波形との相互相関関数の値を計算することで、第１時間波形と第２時間波形との一致度を評価してもよい。相互相関関数から求められる値（最大値：１）について、予め閾値（第２閾値）を設定しておくことで、第１時間波形と第２時間波形の形状が一致しているか否かを判定することができる。
【００９６】
（判定基準３）
また、図７，１０における複数の時刻において、第１標準偏差と第２標準偏差の値の違いを評価することでセンサ取り付け位置が流量測定に適した位置であるか否かを判定することができる。
【００９７】
「第１標準偏差と第２標準偏差の値の違い」については、例えば、第１標準偏差と第２標準偏差との差の絶対値、または当該絶対値から得られる同等値を求め、得られた絶対値を本信号より前のノイズ波の受信期間において積分した積分値を挙げることができる。これらの値を判定基準として用い、判定基準が、予め定めた閾値（第３閾値）よりも小さいときに、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定することができる。
【００９８】
ここで、「絶対値から得られる同等値」とは、第１標準偏差と第２標準偏差との差の絶対値に、所定の係数を乗じて得られる値、絶対値をべき乗して得られる値を挙げることができる。
【００９９】
（その他の判定基準）
図８では、第１時間波形における本信号と、第２時間波形における本信号との強度の最大値が、Ｔｘを示している。
対して、図１１では、第１時間波形における本信号、および第２時間波形における本信号は、それぞれ強度の最大値がＴｂを示している。
【０１００】
センサの取り付け位置が測定に適した位置である場合には、本信号の強度が強くなりやすく、反対に、センサの取り付け位置が測定に適さない位置である場合には、本信号の強度が弱くなりやすい。そのため、例えば、予め本信号の強度の閾値として定めた値（Ｔ２＝０．０５Ｖ）と本信号の強度とを比較することで、センサの取り付け位置の良否を判定することができる。
【０１０１】
この場合、図８のように、本信号の強度Ｔｘが閾値Ｔ２よりも小さい場合（Ｔｘ＜Ｔ２）、図６〜８を示すような第１超音波センサ１１、第２超音波センサ１２のセンサ取り付け位置は、流量測定に適した位置ではないと判定することができる。
【０１０２】
また、図１１のように本信号の強度Ｔｂが閾値Ｔ２よりも大きい場合（Ｔｂ＞Ｔ２）、図９〜１１を示すような第１超音波センサ１１、第２超音波センサ１２のセンサ取り付け位置は、流量測定に適した位置であると判定することができる。
【０１０３】
さらに、第１時間波形における、ノイズ波の強度に対する本信号の強度の比である第１Ｓ／Ｎ比、および第２時間波形における、ノイズ波の強度に対する本信号の強度の比である第２Ｓ／Ｎ比を、判定基準とすることもできる。Ｓ／Ｎ比は、例えば、ノイズ波の強度の最大値に対する、本信号の強度の最大値の比とすることができる。
【０１０４】
第１Ｓ／Ｎ比と第２Ｓ／Ｎ比とが、Ｓ／Ｎ比について予め定めた閾値（第４閾値）Ｔ４よりも大きいときに、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定することができる。
【０１０５】
さらに、ノイズ波の受信期間（例えば、５０μ秒から１５０μ秒の期間）の複数時刻において、第１時間波形と第２時間波形との強度差を求め、得られた複数時刻における強度差の積算値を判定基準として用いることができる。このような判定基準について予め閾値を設定しておき、求めた積算値が閾値よりも小さい場合に、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定することができる。
【０１０６】
上述した各判定基準は、相互に組み合わせて採用することができる。
【０１０７】
各閾値は、予め予備実験を行い、流量を測定可能とする本信号の強度が得られる閾値を設定するとよい。各閾値を求める際に各送信部から送信する超音波の送信回数と、超音波センサの取り付け位置を判定する際に各送信部から送信する超音波の送信回数とは、同じとすることが好ましい。
【０１０８】
入力部１３Ｘは、制御装置１３に対し、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２との位置決めを行う「判定モード」を実行するための指示を入力する。
【０１０９】
入力受付部１３Ｙは、入力部１３Ｘから入力された指示を受け付け、第１指示部１３Ａ，第２指示部１３Ｂ、位置判定部１３Ｇに所定の処理を行うように指示する。
【０１１０】
出力部１３Ｚは、位置判定部１３Ｇにおける判定結果を出力する。出力部１３Ｚは、例えば、判定結果を表示する表示部、判定結果に応じて点灯または点滅する発光部、などの視覚的な出力を行う構成と、判定結果に応じてビープ音のような聴覚的な出力を行う構成と、を含む。
【０１１１】
図１２は、配管Ａに対する超音波流量計１の取り付け操作を示すフローチャートである。以下の説明では、適宜図１〜３に示した符号を用いる。
【０１１２】
まず、作業者は、超音波流量計１を構成する第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とを配管Ａに取り付ける（ステップＳ１０）。その際、例えば、第１超音波センサ１１が配管Ａの上流側、第２超音波センサ１２が配管Ａにおいて第１超音波センサ１１の下流側となるように、配管Ａの外面に第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とを取り付ける。
【０１１３】
次いで、作業者は、制御装置１３の電源を入れ、制御装置１３に対し、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２との位置決めを行う「判定モード」を実行するための指示を入力する。
【０１１４】
次いで、第１受信信号を取得する（ステップＳ１１）。図１３は、ステップＳ１１の詳細を示すフローチャートである。
【０１１５】
まず、第１超音波センサ１１の第１送信部１１Ａは、第１位置から第１超音波を送信する（ステップＳ１１Ａ、第１超音波を複数回送信するステップ）。
【０１１６】
次いで、第２超音波センサ１２の第２受信部１２Ｂは、第２位置において第１送信部１１Ａから送信された超音波（第１超音波およびノイズ波）を受信する（ステップＳ１１Ｂ、第１超音波を複数回受信するステップ）。
【０１１７】
次いで、第２受信部１２Ｂは、受信した超音波を第１受信信号に変換して出力する（ステップＳ１１Ｃ）。
【０１１８】
次いで、第１受信信号取得部１３Ｃは、第２受信部１２Ｂから出力される第１受信信号を取得する（ステップＳ１１Ｄ）。
【０１１９】
次いで、制御部１４は、第１送信部１１Ａによる超音波の送信回数が、予め設定された回数（例えば、２０００回）に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１Ｅ）。
【０１２０】
第１送信部１１Ａによる超音波の送信回数が、予め設定された回数に到達した場合には、ステップＳ１１を終了する。一方、第１送信部１１Ａによる超音波の送信回数が、予め設定された回数に到達していない場合には、ステップＳ１１Ａに戻る。
【０１２１】
次いで、第２受信信号を取得する（ステップＳ１２）。第２受信信号は、上述した第１受信信号の取得フローと同様のフローにて取得することができる。図１３は、ステップＳ１２の詳細を示すフローチャートである。
【０１２２】
まず、第２超音波センサ１２の第２送信部１２Ａは、第２位置から第２超音波を送信する（ステップＳ１２Ａ、第２超音波を複数回送信するステップ）。
【０１２３】
次いで、第１超音波センサ１１の第１受信部１１Ｂは、第１位置において第２送信部１２Ａから送信された超音波（第２超音波およびノイズ波）を受信する（ステップＳ１２Ｂ、第２超音波を複数回受信するステップ）。
【０１２４】
次いで、第１受信部１１Ｂは、受信した超音波を第２受信信号に変換して出力する（ステップＳ１２Ｃ）。
【０１２５】
次いで、第２受信信号取得部１３Ｄは、第１受信部１１Ｂから出力される第２受信信号を取得する（ステップＳ１２Ｄ）。
【０１２６】
次いで、制御部１４は、第２送信部１２Ａによる超音波の送信回数が、予め設定された回数（例えば、２０００回）に到達したか否かを判定する（ステップＳ１２Ｅ）。
【０１２７】
第２送信部１２Ａによる超音波の送信回数が、予め設定された回数に到達した場合には、ステップＳ１２を終了する。一方、第２送信部１２Ａによる超音波の送信回数が、予め設定された回数に到達していない場合には、ステップＳ１２Ａに戻る。
【０１２８】
次いで、第１時間波形算出部１３Ｅは、取得した複数の第１受信信号の強度について、標準偏差（第１標準偏差）を算出する。さらに、第１時間波形算出部１３Ｅは、超音波（第１超音波Ｐ１およびノイズ波）の受信時間に対する信号電圧の第１標準偏差の対応関係である、第１時間波形を求める（ステップＳ１３、第１時間波形を算出するステップ）。
【０１２９】
次いで、第２時間波形算出部１３Ｆは、取得した複数の第２受信信号の強度について、標準偏差（第２標準偏差）を算出する。さらに、第２時間波形算出部１３Ｆは、超音波（第２超音波Ｐ２およびノイズ波）の受信時間に対する信号電圧の第２標準偏差の対応関係である、第２時間波形を求める（ステップＳ１４、第２時間波形を算出するステップ）。
【０１３０】
ステップＳ１１〜Ｓ１４は、時系列でステップＳ１１の後にステップＳ１３の処理を行い、ステップＳ１２の後にステップＳ１４の処理を行うならば、各ステップの順序を入れ替えてもよい。例えば、ステップＳ１２とステップＳ１３の処理順序を入れ替えてもよい。また、ステップＳ１１とステップＳ１２の処理順序を入れ替えてもよい。
【０１３１】
次いで、位置判定部１３Ｇは、第１時間波形および第２時間波形に基づき、第１超音波センサ１１の取り付け位置（第１位置）に対して、第２超音波センサ１２の取り付け位置（第２位置）が、第１超音波Ｐ１の受信位置として適した位置であるか否かを判定する。すなわち、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２との相対位置が、流量測定に適した位置であるか否かを判定する（ステップＳ１５、判定するステップ）。
【０１３２】
例えば、配管Ａの内部Ａ２に流動する流体Ｆが単相流である場合には、図４に示すノイズ波Ｎ２１，Ｎ２２のようなノイズ波Ｎの違いが生じないため、ノイズ波に乱れが生じず、ンサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定される。
【０１３３】
また、流体Ｆが二相流または混相流である場合、第１超音波センサ１１の取り付け位置および第２超音波センサ１２の取り付け位置が、図３に示すように、配管Ａの中心Ｃに対して点対称な位置であって同じ高さ位置である場合には、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定される。
【０１３４】
位置判定部１３Ｇにおいて、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定された場合には、超音波流量計１の取り付け操作を終了する。
【０１３５】
また、第１超音波センサ１１の取り付け位置および第２超音波センサ１２の取り付け位置が、配管Ａの中心Ｃに対して点対称な位置ではない場合、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とが同じ高さ位置ではない場合には、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置ではないと判定される。また、流体Ｆが二相流または混相流である場合であって、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とが同じ高さ位置ではない場合には、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置ではないと判定される。
【０１３６】
位置判定部１３Ｇにおいて、センサ取り付け位置が流量測定に適した位置ではないと判定された場合には、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２との取り付け位置を変更する（ステップＳ１６）。その後、再度ステップＳ１１から繰り返す。
【０１３７】
以上のようにして、第１超音波センサ１１と第２超音波センサ１２とを配管Ａに取り付けた後は、超音波流量計１を用い、公知の方法を用いて、配管Ａの内部Ａ２を流動する流体Ｆの流速を測定することができる。
【０１３８】
以上のような計測位置判定方法によれば、センサを取り付けて測定を行うべき位置が容易に判定可能となる。
【０１３９】
また、以上のような超音波流量計によれば、センサの取り付け位置を容易に判定可能であり、高精度の測定が可能となる。
【０１４０】
なお、本実施形態においては、第１時間波形算出部１３Ｅにおいて、第１標準偏差を求めて第１時間波形を算出し、第２時間波形算出部１３Ｆにおいて、第２標準偏差を求めて第２時間波形を算出したが、これに限らない。
【０１４１】
第１時間波形算出部１３Ｅおよび第２時間波形算出部１３Ｆにおいては、標準偏差の代わりに、標準偏差から得られる標準偏差同等値を用いて時間波形を算出してもよい。
【０１４２】
ここで、「標準偏差から得られる標準偏差同等値」とは、標準偏差を２乗した値である「分散」を挙げることができる。また、標準偏差や分散に、所定の係数を乗じて得られる値、標準偏差や分散をべき条して得られる値を挙げることができる。
【０１４３】
これらの「標準偏差から得られる標準偏差同等値」の時間波形は、上述した標準偏差の時間波形と振幅の傾向が同様となる。そのため、第１時間波形算出部１３Ｅおよび第２時間波形算出部１３Ｆにおいて、標準偏差同等値を求め標準偏差同等値の時間波形を第１時間波形および第２時間波形として算出しても、センサを取り付けて測定を行うべき位置が容易に判定可能となる。
【０１４４】
標準偏差同等値として、例えば、第１時間波形算出部１３Ｅおよび第２時間波形算出部１３Ｆにおいて、標準偏差の代わりに受信信号の分散を求め、求めた分散について第１時間波形、第２時間波形を算出してもよい。
【０１４５】
第１時間波形算出部１３Ｅにおいて、受信信号の標準偏差を用いて時間波形を算出する場合には、第２時間波形算出部１３Ｆにおいても、受信信号の標準偏差を用いて時間波形を算出し、センサ取り付け位置の判定を行う。
【０１４６】
また、第１時間波形算出部１３Ｅおよび第２時間波形算出部１３Ｆにおいて標準偏差同等値を用いる場合には、標準偏差同等値として同じ種類の値を用いる。
【０１４７】
例えば、第１時間波形算出部１３Ｅにおいて、受信信号の分散を用いて時間波形を算出する場合には、第２時間波形算出部１３Ｆにおいても、受信信号の分散を用いて時間波形を算出し、センサ取り付け位置の判定を行う。
【０１４８】
また、本実施形態においては、センサを取り付ける対象となる配管Ａが水平方向に延在していることとしたが、これに限らない。本発明は、例えば垂直方向に延在する配管Ａに対して超音波センサを取り付ける場合においても採用することができる。配管Ａが垂直方向に延在する場合、配管Ａ内の流体Ｆが二相流であったとしても、図４に示すノイズ波Ｎ２１，Ｎ２２のようなノイズ波Ｎの違いが生じない。そのため、ノイズ波に乱れが生じず、ンサ取り付け位置が流量測定に適した位置であると判定される。
【０１４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【０１５０】
上記実施形態においては、流体Ｆとして配管Ａの内部を流動する蒸気を例に挙げて説明したが、本発明が適用される対象は蒸気に限らない。
例えば、配管Ａを流動する流体Ｆが、水−空気二相流、液−液二相流および固−液二相流などの混相流である場合でも、配管内の流体Ｆの相分布に起因して、超音波の送信方向に応じ、受信時のノイズ強度が異なることがある。本発明は、このような流体Ｆの流速や流量を測定する場合においても、好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１…超音波流量計、１１…第１超音波トランスデューサ、１１Ａ…第１送信部、１１Ｂ…第１受信部、１２…第２超音波トランスデューサ、１２Ａ…第２送信部、１２Ｂ…第２受信部、１３Ａ…第１指示部、１３Ｂ…第２指示部、１３Ｃ…第１受信信号取得部、１３Ｄ…第２受信信号取得部、１３Ｅ…第１時間波形算出部、１３Ｆ…第２時間波形算出部、１３Ｇ…位置判定部、Ａ…配管、Ａ２…内部、Ｆ…流体、Ｇ…気体、Ｌ…液体、Ｌ１…液面、Ｎ，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ２１，Ｎ２２…ノイズ波、Ｐ…超音波、Ｐ１…第１超音波、Ｐ２…第２超音波、Ｓ…仮想面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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