(57)【要約】【課題】複数の超音波トランスデューサを用いて流体の流量を算出する際に、流体の流量をより正確に算出すること。【解決手段】円筒状の計測配管部１の中心軸周りに回転可能に設けられた第１超音波トランスデューサ１０１と、第１超音波トランスデューサ１０１とともに計測配管部１の中心軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサ１０２と、第１超音波信号が第２超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１時間と、第２超音波信号が第１超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２時間と、に基づいて、流体の流速を算出する流速算出部３０３と、算出された流速が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する回転角検出部３０５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の計測配管部の中心軸周りに回転可能に設けられた第１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から射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサと、
前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、前記計測配管部内の流体の流速を算出する流速算出部と、
前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出する回転角検出部と、
を備える、
超音波流量計。
【請求項２】
前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角と、前記流速算出部により算出された最大流速と、を関連付けて記録する記録部を更に備える、
請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
円筒状の計測配管部の中心軸周りに回転可能に設けられた第１超音波トランスデューサを前記計測配管部の前記中心軸に対して回転させるステップと、
前記第１超音波トランスデューサから射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサを前記計測配管部の前記中心軸に対して回転させるステップと、
前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、前記計測配管部内の流体の流速を算出するステップと、
前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出するステップと、
を含む、
回転角検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計及び回転角検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の流量を算出する超音波流量計が知られている。例えば、特許文献１には、配管の上流側と下流側にそれぞれ設けられた超音波トランスデューサを備える超音波流量計であって、配管の中を流れる流体に向かって超音波を送り込み、流体の上流から下流方向に従って伝播する超音波の伝播時間と、下流から上流方向に逆らって伝播する超音波の伝播時間と、に基づき、配管内を流れる流体の流量を算出する超音波流量計が開示されている。
【０００３】
ここで、配管内における超音波流量計の設置位置の周囲を流れる流体に偏流が生じている場合、流体の流量を正確に算出できない場合がある。これに対処するため、特許文献２には、配管に複数の超音波トランスデューサの組みを配置し、それぞれの超音波トランスデューサの組みから得られた流体の流速の平均値に基づいて、流体の流量を算出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１８２０９７号公報
【特許文献２】実公平０３−００７７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２記載の発明のように、それぞれの超音波トランスデューサの組みから得られた流体の流速の平均値に基づいて流体の流量を算出すれば、偏流の影響を一定程度排することができるが、偏流の影響を効果的に排することができない。よって、流体の流量を正確に算出することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の超音波トランスデューサを用いて流体の流量を算出する際に、流体の流量をより正確に算出する超音波流量計及び回転角検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態に係る超音波流量計は、円筒状の計測配管部の中心軸周りに回転可能に設けられた第１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から射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサと、前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、前記計測配管部内の流体の流速を算出する流速算出部と、前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出する回転角検出部と、を備える。
【０００８】
上記超音波流量計において、前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角と、前記流速算出部により算出された最大流速と、を関連付けて記録する記録部を更に備えてもよい。
【０００９】
一実施形態に係る回転角検出方法は、円筒状の計測配管部の中心軸周りに回転可能に設けられた第１超音波トランスデューサを前記計測配管部の前記中心軸に対して回転させるステップと、前記第１超音波トランスデューサから射出された第１超音波信号を受信可能な位置で前記第１超音波トランスデューサとともに前記計測配管部の前記中心軸軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサを前記計測配管部の前記中心軸に対して回転させるステップと、前記第１超音波信号が前記計測配管部内を経て前記第２超音波トランスデューサに到達するまでの第１時間と、前記第２超音波トランスデューサから射出された第２超音波信号が計測配管部内を経て前記第１超音波トランスデューサに到達するまでの第２時間と、に基づいて、前記計測配管部内の流体の流速を算出するステップと、前記流速算出部により算出された流速が最大となるときの前記第１超音波トランスデューサ及び前記第２超音波トランスデューサの前記計測配管部の中心軸周りの回転角を検出するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の超音波トランスデューサを用いて流体の流量を算出する際に、流体の流量をより正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た場合の模式的断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た場合の模式的断面図である。
【図４】実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。
【図５】実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。
【図６】実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。
【図７】実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。
【図８】実施形態に係る中央処理装置の概略構成を示す図である。
【図９】実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。
【図１０】実施形態に係る超音波流量計の計測配管部を図９のＸ−Ｘ方向から見た場合の模式的断面図である。
【図１１】実施形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。
【図１２】実施形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。
【図１３】実施形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。
【図１４】実施形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。
【図１５】実施形態に係る超音波流量計の計測配管部の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
図１は、一実施形態に係る超音波流量計の模式的側面断面図である。図１に示すように、超音波流量計５００は、例示的に、固定され回転できない上流配管２及び下流配管３に対し、中心軸に対して回転可能に構成されている円筒状の計測配管部１と、計測配管部１の中心軸周りに回転可能に設けられた第１超音波トランスデューサ１０１と、第１超音波トランスデューサ１０１から射出された第１超音波信号を受信可能な位置で第１超音波トランスデューサ１０１とともに計測配管部１の中心軸周りに回転可能に配置された第２超音波トランスデューサ１０２と、を備える。
【００１４】
第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２は、例えば、計測配管部１に固定されており、計測配管部１と共に、計測配管部１の中心軸に対して連続的に回転可能である。本実施形態においては、計測配管部１は、例えば、不図示の回転機構により回転させられてもよいし、手動で回転させられてもよい。
【００１５】
計測配管部１の上流側は、円筒状の上流配管２に接続される。上流配管２の端部には、フランジ状の突起部１２が設けられている。突起部１２は、上流配管２の外周面に周設されている。計測配管部１の中心軸方向から見て、突起部１２の外周形状は円である。
【００１６】
計測配管部１の上流側端部には、上流配管２の突起部１２と接する、断面鉤状の段部１１Ａが周設されている。
【００１７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た場合の模式的断面図である。図２に示すように、段部１１Ａは、計測配管部１の外周面に周設されている。段部１１Ａの内周及び外周形状は円である。例えば、計測配管部１の段部１１Ａの内周の径は、上流配管２の突起部１２の外周の径とあそびを除いてほぼ等しく、上流配管２端部の突起部１２は、計測配管部１の段部１１Ａに挿入される。
【００１８】
図１に戻り、計測配管部１の段部１１Ａの内周の中心軸方向の幅は、上流配管２の突起部１２の外周の幅よりも長い。上流配管２の外周と、計測配管部１の段部１１Ａの内周と、上流配管２の突起部１２の側壁と、の間には、Ｏリング等のガスケット４が配置される。さらに、上流配管２の外周には、環状部材６が固定されている。環状部材６は、突起部１２に当接するように、上流配管２の外周面に沿って固定されている。環状部材６の内周の径は、上流配管２の外周の径と等しく、環状部材６の内周は、上流配管２の外周と密に接している。環状部材６の高さは、突起部１２の高さよりも高く、環状部材６の側壁は、計測配管部１の段部１１Ａの端面と接する。
【００１９】
計測配管部１の下流側は、断面形状が円の下流配管３に接続される。下流配管３の端部には、フランジ状の突起部１３が設けられている。突起部１３は、下流配管３の外周面に周設されている。計測配管部１の中心軸方向から見て、突起部１３の外周形状は円である。
【００２０】
計測配管部１の下流側端部には、下流配管３の突起部１３と接する、断面鉤状の段部１１Ｂが周設されている。
【００２１】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た場合の模式的断面図である。図３に示すように、段部１１Ｂは、計測配管部１の外周面に周設されている。段部１１Ｂの内周及び外周形状は円である。例えば、計測配管部１の段部１１Ｂの内周の径は、下流配管３の突起部１３の外周の径とあそびを除いてほぼ等しく、下流配管３端部の突起部１３は、計測配管部１の段部１１Ｂに挿入される。
【００２２】
図１に戻り、計測配管部１の段部１１Ｂの内周の中心軸方向の幅は、下流配管３の突起部１３の外周の幅よりも長い。下流配管３の外周と、計測配管部１の段部１１Ｂの内周と、下流配管３の突起部１３の側壁と、の間には、Ｏリング等のガスケット５が配置される。さらに、下流配管３の外周には、環状部材７が固定されている。環状部材７は、突起部１３に当接するように、下流配管３の外周面に沿って固定されている。環状部材７の内周の径は、下流配管３の外周の径と等しく、環状部材７の内周は、下流配管３の外周と密に接している。環状部材７の高さは、突起部１３の高さよりも高く、環状部材７の側壁は、計測配管部１の段部１１Ｂの端面と接する。
【００２３】
第１超音波トランスデューサ１０１は計測配管部１内を流れる流体の上流側に配置され、第２超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２は、計測配管部１内を流れる流体に接触する。
【００２４】
図４は、実施形態に係る第１超音波トランスデューサから発せられた第１超音波信号の流体中の伝播状況を示す図である。図４に示すように、第１超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１超音波信号は、計測配管部１内の流体中を進み、計測配管部１の中心軸を横切り、第２超音波トランスデューサ１０２で受信される。
【００２５】
図５は、実施形態に係る第２超音波トランスデューサから発せられた第２超音波信号の流体中の伝播状況を示す図である。図５に示すように、第２超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２超音波信号は、計測配管部１内の流体中を進み、計測配管部１の中心軸を横切り、第１超音波トランスデューサ１０１で受信される。
【００２６】
なお、第１超音波トランスデューサ１０１と第２超音波トランスデューサ１０２とは、交互に駆動信号が印加され、交互に超音波信号を発する。
【００２７】
計測配管部１の内部においては、流体が流速ｖで流れている。上述したように、第１超音波トランスデューサ１０１は計測配管部１内を流れる流体の上流側に配置され、第２超音波トランスデューサ１０２は下流側に配置される。そのため、図４に示すように、第１超音波トランスデューサ１０１から発せられた第１超音波信号は、計測配管部１内の空洞部を流体の流れに従って伝播する。これに対し、図５に示すように、第２超音波トランスデューサ１０２から発せられた第２超音波信号は、計測配管部１内の空洞部を流体の流れに逆らって伝播する。よって、計測配管部１内の空洞部において、第１超音波信号の伝播時間と、第２超音波信号の伝播時間と、の間には流体の流速ｖによる差が生じる。
【００２８】
図４に示す計測配管部１内の流体に出射する第１超音波信号の出射角をθｏ１、計測配管部１内の流体における超音波の音速をｃとすると、第１超音波信号が計測配管部１内の空洞部を横切るために必要な伝播時間ｔ１は、下記（１）式で与えられる。
ｔ１＝Ｌ／（ｃ＋ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θｏ１））      （１）
また、図５に示す計測配管部１内の流体に出射する第２超音波信号の出射角をθｏ２として、第２超音波信号が計測配管部１内の空洞部を横切るために必要な伝播時間ｔ２は、下記（２）式で与えられる。
ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θｏ２））      （２）
【００２９】
図６は、実施形態に係る第２超音波トランスデューサから発せられた第２超音波信号が第１超音波トランスデューサに入射する際の入射角度を示す図である。図７は、実施形態に係る第１超音波トランスデューサから発せられた第１超音波信号が第２超音波トランスデューサに入射する際の入射角度を示す図である。図６及び図７に示すように、Ｌは第１超音波信号及び第２超音波信号のそれぞれが計測配管部１内の空洞部を横切る長さを表す。また、θｏ２はθｏ１と等しいため、上記（２）式から、下記（３）式が得られる。
ｔ２＝Ｌ／（ｃ−ｖ・ｃｏｓ（（π／２）−θｏ１））      （３）
【００３０】
上記（１）及び（３）式より、伝播時間ｔ１と伝播時間ｔ２との平均は、下記（４）式で与えられる。
（ｔ１＋ｔ２）／２＝Ｌ・ｃ／（ｃ２−ｖ２・ｃｏｓ２（（π／２）−θｏ１））      （４）
音速ｃは、流速ｖと比較して非常に速いため、上記（４）式は下記（５）式に近似される。
（ｔ１＋ｔ２）／２＝Ｌ・ｃ／ｃ２      （５）
上記（５）式より、計測配管部１内の空洞部を流れる流体における音速ｃは、下記（６）式で与えられる。
ｃ＝２・Ｌ／（ｔ１＋ｔ２）      （６）
【００３１】
また、上記（１）及び（３）式より、伝播時間ｔ２と伝播時間ｔ１との差Δｔは、下記（７）式で与えられる。
Δｔ＝ｔ２−ｔ１≒（２Ｌｖ・ｓｉｎθｏ１）／ｃ２      （７）
上記（７）式より、計測配管部１内の空洞部を流れる流体の流速ｖは、下記（８）式で与えられる。
ｖ＝ｃ２Δｔ／（２Ｌ・ｓｉｎθｏ１）      （８）
ここで、音速ｃは、上記（６）式より算出可能である。出射角θｏ１及び長さＬは、既知である。したがって、第１超音波信号の伝播時間ｔ１及び第２超音波信号の伝播時間ｔ２を計測することにより、計測配管部１内の空洞部を流れる流体の流速ｖを算出可能である。ただし、上記（８）式で算出される流速ｖは、第１超音波信号及び第２超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速である。
【００３２】
さらに、下記（９）式に示すように、流体の流速ｖに計測配管部１の断面積Ｓを乗じて、流体の流量Ｑを算出可能である。
Ｑ＝Ｓ・ｖ      （９）
【００３３】
図１及び図４〜図７に示す超音波流量計５００は、流体の流速又は流量を算出する中央処理装置を更に含み、中央処理装置は、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２と電気的に接続されている。
【００３４】
図８は、実施形態に係る超音波流量計に含まれる中央処理装置の概略構成を示す図である。図８に示すように、中央処理装置２００は、例示的に、制御部３００と、記録部３５１と、出力装置４０１と、を備える。
【００３５】
制御部３００は、機能的に、第１超音波信号が計測配管部１内を経て第２超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの第１時間と、第２超音波トランスデューサ１０２から射出された第２超音波信号が計測配管部１内を経て第１超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの第２時間と、を計測する時間計測部３０１と、第１時間と第２時間とに基づいて、計測配管部１内の流体の流速を算出する流速算出部３０３と、流速算出部３０３により算出された流速が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する回転角検出部３０５と、を備える。
【００３６】
時間計測部３０１は、第１超音波トランスデューサ１０１が第１超音波信号を発したタイミングと、第２超音波トランスデューサ１０２が第１超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第１超音波信号が第１超音波トランスデューサ１０１から発せられてから計測配管部１内を経て第２超音波トランスデューサ１０２に到達するまでの伝播時間ｔ１（第１時間）を計測する。
【００３７】
ここで、第１超音波トランスデューサ１０１が駆動されたタイミングを、第１超音波信号が第１超音波トランスデューサ１０１から発せられたタイミングとしてもよい。また、第１超音波信号が第２超音波トランスデューサ１０２に到達したタイミングにおける第２超音波トランスデューサ１０２の受信信号の強度が小さい場合は、受信信号の波形における特徴点が得られたタイミングから、第１超音波信号が第２超音波トランスデューサ１０２に到達したタイミングを逆算してもよい。受信信号の特徴点とは、例えば、受信信号の振幅波形における所定の数の極大点の後の受信信号の強度がゼロとなる点（ゼロクロス点）である。
【００３８】
また、時間計測部３０１は、第２超音波トランスデューサ１０２が第２超音波信号を発したタイミングと、第１超音波トランスデューサ１０１が第２超音波信号を受信したタイミングと、を監視し、第２超音波信号が第２超音波トランスデューサ１０２から発せられてから計測配管部１内を経て第１超音波トランスデューサ１０１に到達するまでの伝播時間ｔ２（第２時間）を計測する。
【００３９】
ここで、第２超音波トランスデューサ１０２が駆動されたタイミングを、第２超音波信号が第２超音波トランスデューサ１０２から発せられたタイミングとしてもよい。また、第２超音波信号が第１超音波トランスデューサ１０１に到達したタイミングにおける第１超音波トランスデューサ１０１の受信信号の強度が小さい場合は、受信信号の波形における特徴点（例えば、ゼロクロス点）が得られたタイミングから、第２超音波信号が第１超音波トランスデューサ１０１に到達したタイミングを逆算してもよい。
【００４０】
流速算出部３０３は、第１伝播時間ｔ１及び第２伝播時間ｔ２に基づき、上記（６）式より、計測配管部１内の空洞部を流れる流体における音速ｃを算出する。また、流速算出部３０３は、第１伝播時間ｔ１及び第２伝播時間ｔ２の差Δｔ、及び算出した音速ｃに基づき、上記（８）式より、計測配管部１内の空洞部を流れる流体の流速ｖを算出する。また、流速算出部３０３は、上記（９）式により、流体の流量Ｑを算出する。
【００４１】
回転角検出部３０５は、流速算出部３０３により算出された流速が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する。なお、回転角は、所定の角度を基準として、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が回転したときの角度を含む。
【００４２】
記録部３５１は、例えば、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角と、流速算出部３０３により算出された最大流速と、を関連付けて記録する。
【００４３】
出力装置４０１は、例えば、記録部３５１に記録されている、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角と、流速算出部３０３により算出された最大流速と、を関連付けて出力するように構成される。
【００４４】
図９から図１５を用いて、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する方法について、説明する。
【００４５】
前提として、本実施形態に係る超音波流量計においては、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出するモード、例えば調整モードの際は、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２を連続的に回転させて用いる。
【００４６】
図９は、計測配管部内を流れる流体の流速分布に偏りがない場合の超音波流量計の模式的側面断面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ方向から見た場合の模式的断面図である。なお、図１０においては、図９に示す段部１１Ｂは省略した。同様に、後述する図１１から図１５においても、段部１１Ｂは省略した。
【００４７】
図９及び図１０に示すように、計測配管部１内を流れる流体の流速分布に偏りがない場合、計測配管部１の中心軸で最も流速が速く、中心軸対称に計測配管部１の側壁に近づくにつれて流速が遅くなる。この場合、計測配管部１の中心軸に対して第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の組みがどこにあっても、中心軸を交差する第１及び第２超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速は同じになる。
【００４８】
図１１から図１３は、計測配管部内を流れる流体の流速分布に偏りがある場合の超音波流量計の模式的断面図（図１０と同様な方向から見た場合の模式的断面図）である。図１１から図１３に示すように、計測配管部１内を流れる流体の流速分布が中心軸対称ではなく、偏っている場合、仮に計測配管部１の断面における流体の平均流速が図１１から図１３において同じであったとしても、超音波信号の伝播経路上における流体の平均流速は図１１から図１３において異なる。具体的には、流体の流速分布において、流速が速い部分を第１超音波信号及び第２超音波信号が多く伝播すれば、算出される平均流速は速くなり、流速が遅い部分を第１超音波信号及び第２超音波信号が多く伝播すれば、算出される平均流速は遅くなる。
【００４９】
しかしながら、計測配管部１の断面における流体の平均流速が同じであるにもかかわらず、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の配置によって、算出される平均流速が異なってくるのは好ましくない。また、通常、算出される平均流速が最も速くなるときに、流速分布の影響が最も抑制されている。そのため、算出される平均流速が最も速くなるように、第１超音波信号及び第２超音波信号の伝播経路を設定することが好ましい。
【００５０】
図１４は、図１２に示す計測配管部１を回転させた場合の超音波流量計の模式的断面図を示している。図１５は、図１３に示す計測配管部１を回転させた場合の超音波流量計の模式的断面図を示している。本実施形態に係る超音波流量計によれば、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が固定された計測配管部１が中心軸に対して回転可能であるため、例えば図１２に示すように流速分布が偏っている場合は、図１４に示すように計測配管部１を回転させ、図１３に示すように流速分布が偏っている場合は、図１５に示すように計測配管部１を回転させることによって、流体の流速の平均値が最も速くなる、第１超音波信号及び第２超音波信号の伝播経路を設定することが可能である。
【００５１】
本実施形態に係る超音波流量計で流体の流量を算出する際には、まず、上記した調整モード用に、流量が一定の流体を計測配管部１に流し、計測配管部１を回転させながら、算出される流速又は流量が最大となる第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の位置（計測配管部１の中心軸周りの回転角）を検出する。
【００５２】
例えば、計測配管部１の回転中において、記録部３５１は、流速算出部３０３により算出された流速又は流量と、当該算出された流速又は流量の少なくとも一方と対応する、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角と、関連付けて記録していく。そして、回転角検出部３０５は、記録部３５１に記録された情報から、流速算出部３０３により算出される流速又は流量が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を抽出（検出）する。なお、回転角は、様々な間隔で記録され得る。例えば、回転角は、１０度刻み、１度刻み、０．１度刻み等で記録されてもよい。
【００５３】
流速算出部３０３により算出される流速又は流量が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角において、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２を固定し、調整用の流体を流すことを止める。その後、測定対象の流体を計測配管部１に流し、流速又は流量を計測する。
【００５４】
なお、偏流は、超音波流量計の上流及び下流の配管の形状及び経路等に影響されるため、偏流の状態が変化しない場合がある。この場合、流速算出部３０３により算出される流速又は流量が最大となる第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を一度探しておけば、その後、同じ回転角を保ったまま測定対象の流体の流速又は流量を算出すればよい。
【００５５】
ただし、偏流の状態が変化する場合は、調整モード用に流量が一定の流体を計測配管部１に流して、算出される流速又は流量が最大となる第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の位置を検出することを、適宜行えばよい。
【００５６】
ここで、従来例として、特許文献２には、固定された管の周囲に多数の超音波トランスデューサの組み合わせを固定して、算出される流速又は流量が最大となる超音波トランスデューサの組み合わせを選択することが提案されている。しかし、管の周囲に多数の超音波トランスデューサの組み合わせを固定しても、超音波トランスデューサは間隔をおいて配置されるので、選択可能な超音波信号の伝播経路は離散的に存在する。そのため、選択可能な超音波信号の伝播経路以外に、流速又は流量が最大となる超音波信号の伝播経路が存在する可能性がある。
【００５７】
これに対し、本実施形態に係る超音波流量計においては、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が連続的に回転可能であるため、選択可能な第１超音波信号の及び第２超音波信号の伝播経路が非離散的に連続的に存在するため、流速又は流量が最大となる第１超音波信号の及び第２超音波信号の伝播経路を設定可能である。
【００５８】
以上、本実施形態によれば、流速算出部３０３により算出された流速が最大となるときの第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２の計測配管部１の中心軸周りの回転角を検出する。よって、流速が最大となるときの当該回転角に対応する位置に第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２を固定し、計測配管部１内を流れる流体の流量を測定できるので、複数の超音波トランスデューサを用いて流体の流量を算出する際に、流体の流量をより正確に算出することができる。
【００５９】
（他の実施形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。以下に示すように、本発明は様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【００６０】
例えば、図１においては、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が対向して配置されている例を示した。これに対し、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２を、計測配管部１の中心軸方向に平行に配置し、計測配管部１内で反射された超音波信号を、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２のそれぞれで受信してもよい。また、超音波信号は、計測配管部１内を複数回反射させてもよい。
【００６１】
上記実施形態においては、計測配管部１は、その中心軸に対して回転可能であり、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２は、計測配管部１に固定されており、計測配管部１と共に、計測配管部１の中心軸に対して連続的に回転可能であるが、これに限定されない。例えば、計測配管部１は固定されており、回転せず、第１超音波トランスデューサ１０１及び第２超音波トランスデューサ１０２が、計測配管部１とは独立して、計測配管部１の周りを連続的に回転可能であってもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…計測配管部、２…上流配管、３…下流配管、４、５…ガスケット、６、７…環状部材、１１Ａ、１１Ｂ…段部、１２、１３…突起部、１０１…第１超音波トランスデューサ、１０２…第２超音波トランスデューサ、２００…中央処理装置、３００…制御部、３０１…時間計測部、３０３…流速算出部、３０５…回転角検出部、３５１…記録部、４０１…出力装置、５００…超音波流量計
【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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【図１４】
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【図１５】
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