流量計及び流量計測方法
【課題】標準流量等を安定して正確に計測可能な流量計及び流量計測方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る超音波流量計１０は、第１と第２の超音波送受波器１４，１５を用いて、計測管１３内の気体の流速Ｖと温度Ｔ１とを計測し、静圧計１７を用いて計測管１３内の気体の静圧Ｐ１を計測している。そして、流速Ｖから気体の動圧Ｐ２と、静圧Ｐ１と動圧Ｐ２の和で全圧Ｐ３を演算している。そして、これら計測又は演算した実際の流速Ｖ、実際の温度Ｔ１及び実際の全圧Ｐ３と、ボイルシャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速Ｖを、予め定めた標準温度Ｔ０及び標準全圧Ｐ０で計測管１３内の単位面積に流れる気体の標準単位流量Ｑｘと、その標準単位流量Ｑｘに計測管１３の内側断面積を乗じた標準流量Ｑとを演算して出力している。
【解決手段】本発明に係る超音波流量計１０は、第１と第２の超音波送受波器１４，１５を用いて、計測管１３内の気体の流速Ｖと温度Ｔ１とを計測し、静圧計１７を用いて計測管１３内の気体の静圧Ｐ１を計測している。そして、流速Ｖから気体の動圧Ｐ２と、静圧Ｐ１と動圧Ｐ２の和で全圧Ｐ３を演算している。そして、これら計測又は演算した実際の流速Ｖ、実際の温度Ｔ１及び実際の全圧Ｐ３と、ボイルシャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速Ｖを、予め定めた標準温度Ｔ０及び標準全圧Ｐ０で計測管１３内の単位面積に流れる気体の標準単位流量Ｑｘと、その標準単位流量Ｑｘに計測管１３の内側断面積を乗じた標準流量Ｑとを演算して出力している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測管内を任意の温度及び圧力で流れる気体の流速を、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式を使用して、予め定めた標準温度及び標準圧力で流れる標準流量等に変換して計測する流量計及び流量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流量計として、温度センサー及び圧力センサーにて検出した温度及び圧力と流量計本体にて計測した流速とをボイル・シャルルの法則に基づく関係式に代入して標準流量に演算するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８７５０６号公報（段落［０００３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述した従来の流量計を、例えば都市ガスの配管網の複数位置に取り付けると、ガス供給元で検出した標準流量と配管網の末端部分の複数位置で検出した標準流量との総和にずれが生じる場合があった。即ち、上述した従来の流量計では、標準流量が正確に計測できていなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、標準流量等を安定して正確に計測可能な流量計及び流量計測方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来の流量計の計測誤差を解析したところ流速が増すに従って計測誤差が大きくなることが判明した。この点から、流速の影響を考慮した演算を行って標準流量等を計測する以下の発明を完成するに至った。
【０００７】
請求項１の発明は、計測管内の気体の流速を検出可能な流速検出部と、計測管内の気体の静圧を検出可能な静圧検出部と、流速から気体の動圧を演算する動圧演算部と、静圧及び動圧の和で全圧を演算する全圧演算部と、計測管内の気体の温度を検出可能な温度検出部と、流速検出部、温度検出部及び全圧演算部にて検出した実際の流速、実際の温度及び実際の全圧と、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、標準単位流量に計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換する標準変換部とを備えたことを特徴とする流量計である。
【０００８】
請求項２の発明は、標準温度をＴ０、標準全圧をＰ０、標準温度Ｔ０及び標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、実際の温度をＴ１、静圧をＰ１、動圧をＰ２、実際の温度Ｔ１及び実際の全圧下の気体の密度である計測時密度をρ１、実際の流速をＶとすると、動圧演算部は、下記式（１），（２）に基づいて計測時密度ρ１及び動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項１に記載の流量計である。
【０００９】
【数１】
【００１０】
請求項３の発明は、流速検出部は、計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備えて、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２とすると、下記式（３）に基づいて流速Ｖを演算するように構成されると共に、超音波の音速をＣとすると、下記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、音速Ｃに基づいて計測管内を流れる気体の種類に応じた標準密度を特定する標準密度特定部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の流量計である。
【００１１】
【数２】
【００１２】
請求項４の発明は、流速検出部は、計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備え、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、実際の流速をＶとすると、上記式（３）に基づいて流速Ｖを演算するように構成されると共に、超音波の音速をＣとすると、上記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備え、温度計測部は、音速演算部にて演算した音速Ｃに基づいて音速・温度データテーブルから実際の温度を特定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の流量計である。
【００１３】
請求項５の発明は、計測管内の気体の流速、静圧、動圧及び温度を検出し、それら検出した実際の静圧と実際の動圧との和である実際の全圧と実際の流速と実際の温度とボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、標準単位流量に計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換して計測することを特徴とする流量計測方法である。
【００１４】
請求項６の発明は、標準温度をＴ０、標準全圧をＰ０、標準温度Ｔ０及び標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、実際の温度をＴ１、静圧をＰ１、動圧をＰ２、実際の全圧をＰ３、実際の温度Ｔ１及び実際の全圧Ｐ３下の気体の密度である計測時密度をρ１、実際の流速をＶとすると、上記式（１），（２）に基づいて計測時密度ρ１及び動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項５に記載の流量計測方法である。
【００１５】
請求項７の発明は、計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、超音波の音速をＣとすると、上記式（３）に基づいて流速Ｖを演算すると共に、上記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算し、音速Ｃに基づいて計測管内を流れる気体の種類に応じた標準密度を特定することを特徴とする請求項６に記載の流量計測方法である。
【００１６】
請求項８の発明は、計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、実際の流速をＶ、超音波の音速をＣとすると、上記式（３）に基づいて流速Ｖを演算すると共に、上記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算し、気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備えておき、音速演算部にて演算した音速Ｃに基づいて音速・温度データテーブルから実際の温度を特定することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１の請求項に記載の流量計測方法である。
【００１７】
なお、本発明の願書に添付した明細書及び特許請求の範囲における「温度」は、摂氏と表記するか「℃」を付記しない限り、「絶対温度」を意味するものとする。
【発明の効果】
【００１８】
［請求項１及び５の発明］
請求項１及び５の発明によれば、流速の大小によって変化する動圧と静圧との和である全圧を使用して標準単位流量又は標準流量を演算しているので、流速の大小にかかわらず、標準単位流量及び標準流量を安定して正確に計測することができる。また、請求項１の発明に係る流量計では、流速を利用して動圧を演算するので、動圧を求めるために動圧計測用のピトー管のような機器を別途設けた構成に比べて、流量計がコンパクトになる。
【００１９】
［請求項２及び６の発明］
請求項２及び６の発明では、動圧の演算において、上記式（１）の通り全圧を使用して気体の計測時密度ρ１を演算するので、計測時密度ρ１の精度も高くなり、その計測時密度ρ１を使用して上記式（２）の通り動圧を演算するので、正確に動圧を演算することができる。
【００２０】
［請求項３及び７の発明］
請求項３及び７の発明では、流速を検出するための第１と第２の超音波送受波器を利用して超音波の音速を演算し、その音速の演算結果と、計測管を通過し得る気体の種類に応じた音速と、気体の種類に応じた標準密度とを対応させた音速・密度データテーブルとから標準密度を決定することができるので、計測管に異なる種類の気体が流れ得る場合も、標準単位流量及び標準流量を安定して正確に計測することができる。
【００２１】
［請求項４及び８の発明］
請求項４及び８の発明では、流速を検出するための第１と第２の超音波送受波器を利用して超音波の音速を演算し、その音速の演算結果と、計測管を通過し得る気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルとから実際の温度を特定するので、温度計を別途設けた構成に比べて、流量計がコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波流量計のブロック図
【図２】コントローラのブロック図
【図３】音速と温度の関係を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明を超音波流量計に適用した実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の超音波流量計１０は、計測本体部１１とコントローラ２０とからなる。計測本体部１１は、例えば、ガス管１２の途中に取り付けられる円筒状の計測管１３を有し、その計測管１３の内側面に第１と第２の超音波送受波器１４，１５を備えている。それら第１と第２の超音波送受波器１４，１５は、計測管１３の中心軸に対して斜めに交差する直線上に配置されている。なお、本実施形態の超音波流量計１０が接続されるガス管１２には、空気、都市ガス、ＬＰガスの何れかが流れるようになっている。
【００２４】
計測管１３には、その内側の静圧を検出するための静圧計１７が一体に設けられている。具体的には、計測管１３の軸方向における第１と第２の超音波送受波器１４，１５の間の中央位置から、軸方向と直交する側方に向けて分岐路１６が延ばされ、分岐路１６の末端に静圧計１７が接続されている。また、静圧計１７は、計測管１３内の静圧に応じて変形する例えば図示しないダイヤフラムを内蔵し、そのダイヤフラムの変形量を電気信号に変えて出力する。
【００２５】
コントローラ２０には、送受波制御回路２１と静圧検出回路２５と信号処理部３０とが備えられている。静圧検出回路２５は、静圧計１７が出力した電気信号を静圧の検出値に変換して出力する。なお、本実施形態では、静圧計１７と静圧検出回路２５とから本発明に係る「静圧検出部」が構成されている。
【００２６】
送受波制御回路２１は、本発明の「伝播時間計測部」に相当し、所定周期でパルスを出力する発振回路（図示せず）と、第１と第２の超音波送受波器１４，１５に超音波を出力させる送波回路（図示せず）と、第１と第２の超音波送受波器１４，１５が超音波を受信したことを検出する受波回路（図示せず）とを備えている。そして、第１超音波送受波器１４を送波回路に接続する一方、第２超音波送受波器１５を受波回路に接続にして、第１超音波送受波器１４に超音波を出力させてから、その超音波を第２超音波送受波器１５が受信する迄の間に発振回路が出力したパルス数を超音波の第１伝播時間として計測すると共に、第１超音波送受波器１４を受波回路に接続する一方、第２超音波送受波器１５を送波回路に接続した状態に切り替えて、第２超音波送受波器１５に超音波を出力させてから、その超音波を第１超音波送受波器１４が受信する迄の間に発振回路が出力したパルス数を超音波の第２伝播時間として計測する。
【００２７】
信号処理部３０には、ＣＰＵ２１Ａ、ＲＯＭ２１Ｂ、ＲＡＭ２１Ｃが備えられ、ＲＯＭ２１Ｂに記憶された図示しないデータ処理プログラムを実行することで、信号処理部３０が図２のブロック図に示した制御系として機能する。
【００２８】
図２の制御系のうち符号３１で示した周波数和演算部は、送受波制御回路２１で計測した第１伝播時間の逆数と、第２伝播時間の逆数との和を演算し、符号３２で示した周波数差演算部は、第１伝播時間の逆数から第２伝播時間の逆数を減算した値を演算する構成になっている。ここで、第１と第２の超音波送受波器１４，１５の間の計測管１３の軸方向（即ち、気体が流れる方向）における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、計測管１３内を流れる気体の実際の流速をＶ、超音波の音速をＣとし、第１超音波送受波器１４が第２超音波送受波器１５より上流側に配置されているとすると、下記式（５），（６）の等式が成立する。
【００２９】
【数３】
【００３０】
従って、周波数和演算部３１は、第１と第２の伝播時間の逆数の和を演算することで、上記式（５）に示すように音速Ｃの代用値として（２Ｃ／Ｌ）を演算している。即ち、周波数和演算部３１は、定数（２／Ｌ）を乗じた実質的な音速Ｃｘを演算している。また、周波数差演算部３２は、第１と第２の伝播時間の逆数の差を演算することで、上記式（６）に示すように、流速Ｖの代用値として（２Ｖ／Ｌ）を演算している。即ち、周波数差演算部３２は、定数（２／Ｌ）を乗じた実質的な流速Ｖｘを演算している。
【００３１】
図２の制御系のうち符号３３で示した流速演算部は、周波数差演算部３２の演算結果にＬ／２を乗じて代用値ではない真の流速Ｖを演算する。なお、本実施形態では、これら周波数差演算部３２及び流速演算部３３と、前述した送受波制御回路２１と第１と第２の超音波送受波器１４，１５とから、本発明に係る「流速検出部」が構成されている。
【００３２】
図２の制御系のうち符号３４で示したガス種特定部は、周波数和演算部３１が演算した実質的な音速Ｃｘに基づいて、計測管１３を流れる気体が、空気、都市ガス、ＬＰガスの何れであるかを特定する。ここで、超音波が気体を伝播する際の音速は、その気体の種類によって異なると共に温度によっても異なる。また、本実施形態では、ガス管１２を流れる気体の温度が、低くても２５３．１［Ｋ］（−２０［℃］）以上であり、高くても３３３．１［Ｋ］（６０［℃］）以下になっている。さらには、図３には、−２０〜６０［℃］の温度に対する音速の変化が、空気、都市ガス、ＬＰガス毎に示されている。同図に示すように、２５３．１〜３３３．１［Ｋ］（−２０〜６０［℃］）の範囲では、空気、都市ガス、ＬＰガスの間で音速の値が同一になることはない。そこで、ガス種特定部３４は、図３に示した特性に基づいて、第１の下限判定値及び上限判定値と、第２の下限判定値及び上限判定値と、又は、第３の下限判定値及び上限判定値とが設定されていて、実質的な音速Ｃｘが、上記第１〜第３の下限判定値及び上限判定値のうち何れかの下限判定値及び上限判定値の間に収まっているかに基づいて、計測管１３を流れる気体が、空気、都市ガス、ＬＰガスの何れであるかを特定するようになっている。
【００３３】
図２の制御系のうち符号３５で示した温度特定部は、ガス種特定部３４から計測管１３を流れる気体のガス種の情報を取得すると共に、周波数和演算部３１から実質的な音速Ｃｘの演算値を取得し、それらに基づいて気体の温度を特定する。具体的には、コントローラ２０のＲＯＭ２１Ｂ（図１参照）には、空気の温度とその温度に応じた実質的な音速Ｃｘとを対応させた第１の音速・温度データテーブル４１と、都市ガスの温度とその温度に応じた実質的な音速Ｃｘとを対応させた第２の音速・温度データテーブル４２と、ＬＰガスの温度とその温度に応じた実質的な音速Ｃｘとを対応させた第３の音速・温度データテーブル４３とが記憶されている。そして、温度特定部３５は、ガス種の情報に基づき、計測管１３を流れる気体の種類に応じた第１〜第３の何れかの音速・温度データテーブル４１，４２，４３にアクセスし、実質的な音速Ｃｘに基づいて音速・温度データテーブルから気体の温度を特定する。
【００３４】
図２の制御系のうち符号３６で示した標準密度特定部は、温度特定部３５から気体のガス種の情報を取得し、その気体のガス種の情報に基づいて、予め設定された標準温度及び標準全圧下における気体の密度としての標準密度を特定する。ここで、本実施形態の超音波流量計１０では、標準温度として２７３．１［Ｋ］（摂氏０［℃］）、標準全圧として１０１．３［ｋＰａ］（１気圧）が予め設定され、それら標準温度２７３．１［Ｋ］、標準全圧１０１．３［ｋＰａ］のデータが前記した図示しないデータ処理プログラム中に組み込まれてＲＯＭ２１Ｂ（図１参照）に記憶されている。また、ＲＯＭ２１Ｂには、ガス種の情報と空気、都市ガス、ＬＰガスの標準密度とを対応させた密度データベース４４が記憶されている。そして、標準密度特定部３６は、気体のガス種の情報に基づいてＲＯＭ２１Ｂの密度データベース４４から計測管１３内を流れる気体の標準密度を取得する。
【００３５】
また、標準密度特定部３６は、流速演算部３３から気体の流速の演算結果を取得すると共に、静圧検出回路２５から静圧の検出結果を取得し、下記式（１），（２）を利用して、計測管１３内の実際の温度及び実際の全圧下の気体の密度である計測時密度を演算する。即ち、標準温度をＴ０、標準全圧をＰ０、標準密度をρ０、実際の温度をＴ１、静圧をＰ１、動圧をＰ２、計測時密度をρ１、実際の流速をＶとすると、以下の式（１），（２）が成立する。
【００３６】
【数４】
【００３７】
具体的には、標準密度特定部３６は、まず、式（１）においてＰ２＝０として計測時密度ρ１を演算する。次に、計測時密度ρ１と式（２）から動圧Ｐ２を演算し、得られた動圧Ｐ２と式（１）から再び計測時密度ρ１を演算する。このように式（１），（２）を繰り返し用いて、計測時密度ρ１を演算する。
【００３８】
なお、式（１），（２）を変形すると下記式（７）になる。標準密度特定部３６はこの式（７）から計測時密度ρ１を演算してもよい。
【００３９】
【数５】
【００４０】
また、標準密度特定部３６は、式（１）においてＰ２＝０として、即ち、式（１），（２）の繰り返し用いないで計測時密度ρ１を簡易的に演算してもよい。
【００４１】
図２の制御系のうち符号３７で示した動圧演算部は、標準密度特定部３６から計測時密度ρ１を取得すると共に、流速演算部３３から流速Ｖを取得して、上記式（２）から気体の動圧Ｐ２を演算する。
【００４２】
図２の制御系のうち符号３８で示した全圧演算部は、動圧演算部３７から動圧Ｐ２を取得すると共に、静圧検出回路２５から静圧Ｐ１を取得して、静圧Ｐ１及び動圧Ｐ２の和で全圧Ｐ３（＝Ｐ１＋Ｐ２）を演算する。
【００４３】
図２の制御系のうち符号３９で示した標準単位流量演算部は、全圧演算部３８から全圧Ｐ３を取得し、流速演算部３３から流速Ｖを取得し、温度特定部３５から温度Ｔ１の情報を取得して、ボイル・シャルルの法則に基づいた下記式（８）から標準単位流量Ｑｘを演算する。ここで、標準単位流量Ｑｘは、任意の温度及び圧力で流れる気体の実際の流速を、前記した標準温度及び標準全圧で、計測管１３内の単位面積に流れる気体の流量である。つまり、標準単位流量Ｑｘは、標準温度及び標準全圧下で計測管１３内を流れる気体の流速でもある。
【００４４】
【数６】
【００４５】
図２の制御系のうち符号４０で示した標準流量演算部は、標準単位流量演算部３９から標準単位流量Ｑｘを取得し、その標準単位流量Ｑｘに計測管１３の内側断面積を乗じて、標準流量Ｑを演算する。そして、これら標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑが信号処理部３０から図１に示したコントローラ２０の出力回路２２に付与され、その出力回路２２から超音波流量計１０外に出力される。
【００４６】
上記したように本実施形態の超音波流量計１０では、気体の流速Ｖの大小によって変化する動圧Ｐ２と静圧Ｐ１との和である全圧を使用して標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを演算しているので、流速Ｖの大小にかかわらず、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを安定して正確に計測することができる。しかも、第１と第２の超音波送受波器１４，１５が計測管１３全体を横切るように超音波を送受波して流速Ｖを検出しているので、計測管１３全体の平均した流速Ｖが検出され、この点においても、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを正確に計測することができる。さらには、全圧Ｐ３を使用して気体の計測時密度ρ１を演算するので計測時密度ρ１の精度も高くなり、その計測時密度ρ１を使用して動圧Ｐ２を演算するので、この点においても高い精度で動圧Ｐ２を演算することができる。
【００４７】
また、流速Ｖを検出するための第１と第２の超音波送受波器１４，１５を利用して超音波の音速Ｃを演算し、その音速Ｃから計測管１３内を流れる気体の種類を特定するので、計測管１３に異なる種類の気体が流れ得る場合も、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを安定して正確に計測することができる。また、流速Ｖを利用して動圧Ｐ２を演算するので、動圧Ｐ２を求めるために例えば動圧計測用のピトー管のような機器を別途設けた構成に比べて、超音波流量計１０がコンパクトになる。さらには、音速Ｃの演算結果から実際の温度Ｔ１を特定するので、温度計を別途設けた構成に比べて超音波流量計１０がコンパクトになる。
【００４８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４９】
（１）前記実施形態では、音速Ｃの演算結果から実際の温度Ｔ１を特定していたが、実際の温度Ｔ１を温度計により計測してもよい。このような構成であっても、流速Ｖの大小にかかわらず、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを安定して計測することができる。
【００５０】
（２）前記実施形態において、実質的な音速Ｃｘが第１〜３の下限判定値及び上限判定値の何れの下限判定値及び上限判定値の間にも属さない場合にアラームなどの警報を発する警報装置を備えた構成としてもよい。これにより、空気、都市ガス、ＬＰガス以外のガス混入検知を図ることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 超音波流量計
１４ 第１超音波送受波器
１５ 第２超音波送受波器
１７ 静圧計
２１ 送受波制御回路
２５ 静圧検出回路
３３ 流速演算部
３４ ガス種特定部
３５ 温度特定部
３６ 標準密度特定部
３７ 動圧演算部
３８ 全圧演算部
３９ 標準単位流量演算部
４０ 標準流量演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測管内を任意の温度及び圧力で流れる気体の流速を、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式を使用して、予め定めた標準温度及び標準圧力で流れる標準流量等に変換して計測する流量計及び流量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流量計として、温度センサー及び圧力センサーにて検出した温度及び圧力と流量計本体にて計測した流速とをボイル・シャルルの法則に基づく関係式に代入して標準流量に演算するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８７５０６号公報（段落［０００３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述した従来の流量計を、例えば都市ガスの配管網の複数位置に取り付けると、ガス供給元で検出した標準流量と配管網の末端部分の複数位置で検出した標準流量との総和にずれが生じる場合があった。即ち、上述した従来の流量計では、標準流量が正確に計測できていなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、標準流量等を安定して正確に計測可能な流量計及び流量計測方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来の流量計の計測誤差を解析したところ流速が増すに従って計測誤差が大きくなることが判明した。この点から、流速の影響を考慮した演算を行って標準流量等を計測する以下の発明を完成するに至った。
【０００７】
請求項１の発明は、計測管内の気体の流速を検出可能な流速検出部と、計測管内の気体の静圧を検出可能な静圧検出部と、流速から気体の動圧を演算する動圧演算部と、静圧及び動圧の和で全圧を演算する全圧演算部と、計測管内の気体の温度を検出可能な温度検出部と、流速検出部、温度検出部及び全圧演算部にて検出した実際の流速、実際の温度及び実際の全圧と、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、標準単位流量に計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換する標準変換部とを備えたことを特徴とする流量計である。
【０００８】
請求項２の発明は、標準温度をＴ０、標準全圧をＰ０、標準温度Ｔ０及び標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、実際の温度をＴ１、静圧をＰ１、動圧をＰ２、実際の温度Ｔ１及び実際の全圧下の気体の密度である計測時密度をρ１、実際の流速をＶとすると、動圧演算部は、下記式（１），（２）に基づいて計測時密度ρ１及び動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項１に記載の流量計である。
【０００９】
【数１】
【００１０】
請求項３の発明は、流速検出部は、計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備えて、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２とすると、下記式（３）に基づいて流速Ｖを演算するように構成されると共に、超音波の音速をＣとすると、下記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、音速Ｃに基づいて計測管内を流れる気体の種類に応じた標準密度を特定する標準密度特定部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の流量計である。
【００１１】
【数２】
【００１２】
請求項４の発明は、流速検出部は、計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備え、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、実際の流速をＶとすると、上記式（３）に基づいて流速Ｖを演算するように構成されると共に、超音波の音速をＣとすると、上記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備え、温度計測部は、音速演算部にて演算した音速Ｃに基づいて音速・温度データテーブルから実際の温度を特定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の流量計である。
【００１３】
請求項５の発明は、計測管内の気体の流速、静圧、動圧及び温度を検出し、それら検出した実際の静圧と実際の動圧との和である実際の全圧と実際の流速と実際の温度とボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、標準単位流量に計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換して計測することを特徴とする流量計測方法である。
【００１４】
請求項６の発明は、標準温度をＴ０、標準全圧をＰ０、標準温度Ｔ０及び標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、実際の温度をＴ１、静圧をＰ１、動圧をＰ２、実際の全圧をＰ３、実際の温度Ｔ１及び実際の全圧Ｐ３下の気体の密度である計測時密度をρ１、実際の流速をＶとすると、上記式（１），（２）に基づいて計測時密度ρ１及び動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項５に記載の流量計測方法である。
【００１５】
請求項７の発明は、計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、超音波の音速をＣとすると、上記式（３）に基づいて流速Ｖを演算すると共に、上記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算し、音速Ｃに基づいて計測管内を流れる気体の種類に応じた標準密度を特定することを特徴とする請求項６に記載の流量計測方法である。
【００１６】
請求項８の発明は、計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、第１と第２の超音波送受波器の間の計測管の軸方向における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、実際の流速をＶ、超音波の音速をＣとすると、上記式（３）に基づいて流速Ｖを演算すると共に、上記式（４）に基づいて超音波の音速Ｃを演算し、気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備えておき、音速演算部にて演算した音速Ｃに基づいて音速・温度データテーブルから実際の温度を特定することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１の請求項に記載の流量計測方法である。
【００１７】
なお、本発明の願書に添付した明細書及び特許請求の範囲における「温度」は、摂氏と表記するか「℃」を付記しない限り、「絶対温度」を意味するものとする。
【発明の効果】
【００１８】
［請求項１及び５の発明］
請求項１及び５の発明によれば、流速の大小によって変化する動圧と静圧との和である全圧を使用して標準単位流量又は標準流量を演算しているので、流速の大小にかかわらず、標準単位流量及び標準流量を安定して正確に計測することができる。また、請求項１の発明に係る流量計では、流速を利用して動圧を演算するので、動圧を求めるために動圧計測用のピトー管のような機器を別途設けた構成に比べて、流量計がコンパクトになる。
【００１９】
［請求項２及び６の発明］
請求項２及び６の発明では、動圧の演算において、上記式（１）の通り全圧を使用して気体の計測時密度ρ１を演算するので、計測時密度ρ１の精度も高くなり、その計測時密度ρ１を使用して上記式（２）の通り動圧を演算するので、正確に動圧を演算することができる。
【００２０】
［請求項３及び７の発明］
請求項３及び７の発明では、流速を検出するための第１と第２の超音波送受波器を利用して超音波の音速を演算し、その音速の演算結果と、計測管を通過し得る気体の種類に応じた音速と、気体の種類に応じた標準密度とを対応させた音速・密度データテーブルとから標準密度を決定することができるので、計測管に異なる種類の気体が流れ得る場合も、標準単位流量及び標準流量を安定して正確に計測することができる。
【００２１】
［請求項４及び８の発明］
請求項４及び８の発明では、流速を検出するための第１と第２の超音波送受波器を利用して超音波の音速を演算し、その音速の演算結果と、計測管を通過し得る気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルとから実際の温度を特定するので、温度計を別途設けた構成に比べて、流量計がコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波流量計のブロック図
【図２】コントローラのブロック図
【図３】音速と温度の関係を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明を超音波流量計に適用した実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の超音波流量計１０は、計測本体部１１とコントローラ２０とからなる。計測本体部１１は、例えば、ガス管１２の途中に取り付けられる円筒状の計測管１３を有し、その計測管１３の内側面に第１と第２の超音波送受波器１４，１５を備えている。それら第１と第２の超音波送受波器１４，１５は、計測管１３の中心軸に対して斜めに交差する直線上に配置されている。なお、本実施形態の超音波流量計１０が接続されるガス管１２には、空気、都市ガス、ＬＰガスの何れかが流れるようになっている。
【００２４】
計測管１３には、その内側の静圧を検出するための静圧計１７が一体に設けられている。具体的には、計測管１３の軸方向における第１と第２の超音波送受波器１４，１５の間の中央位置から、軸方向と直交する側方に向けて分岐路１６が延ばされ、分岐路１６の末端に静圧計１７が接続されている。また、静圧計１７は、計測管１３内の静圧に応じて変形する例えば図示しないダイヤフラムを内蔵し、そのダイヤフラムの変形量を電気信号に変えて出力する。
【００２５】
コントローラ２０には、送受波制御回路２１と静圧検出回路２５と信号処理部３０とが備えられている。静圧検出回路２５は、静圧計１７が出力した電気信号を静圧の検出値に変換して出力する。なお、本実施形態では、静圧計１７と静圧検出回路２５とから本発明に係る「静圧検出部」が構成されている。
【００２６】
送受波制御回路２１は、本発明の「伝播時間計測部」に相当し、所定周期でパルスを出力する発振回路（図示せず）と、第１と第２の超音波送受波器１４，１５に超音波を出力させる送波回路（図示せず）と、第１と第２の超音波送受波器１４，１５が超音波を受信したことを検出する受波回路（図示せず）とを備えている。そして、第１超音波送受波器１４を送波回路に接続する一方、第２超音波送受波器１５を受波回路に接続にして、第１超音波送受波器１４に超音波を出力させてから、その超音波を第２超音波送受波器１５が受信する迄の間に発振回路が出力したパルス数を超音波の第１伝播時間として計測すると共に、第１超音波送受波器１４を受波回路に接続する一方、第２超音波送受波器１５を送波回路に接続した状態に切り替えて、第２超音波送受波器１５に超音波を出力させてから、その超音波を第１超音波送受波器１４が受信する迄の間に発振回路が出力したパルス数を超音波の第２伝播時間として計測する。
【００２７】
信号処理部３０には、ＣＰＵ２１Ａ、ＲＯＭ２１Ｂ、ＲＡＭ２１Ｃが備えられ、ＲＯＭ２１Ｂに記憶された図示しないデータ処理プログラムを実行することで、信号処理部３０が図２のブロック図に示した制御系として機能する。
【００２８】
図２の制御系のうち符号３１で示した周波数和演算部は、送受波制御回路２１で計測した第１伝播時間の逆数と、第２伝播時間の逆数との和を演算し、符号３２で示した周波数差演算部は、第１伝播時間の逆数から第２伝播時間の逆数を減算した値を演算する構成になっている。ここで、第１と第２の超音波送受波器１４，１５の間の計測管１３の軸方向（即ち、気体が流れる方向）における距離をＬ、第１伝播時間をｔ１、第２伝播時間をｔ２、計測管１３内を流れる気体の実際の流速をＶ、超音波の音速をＣとし、第１超音波送受波器１４が第２超音波送受波器１５より上流側に配置されているとすると、下記式（５），（６）の等式が成立する。
【００２９】
【数３】
【００３０】
従って、周波数和演算部３１は、第１と第２の伝播時間の逆数の和を演算することで、上記式（５）に示すように音速Ｃの代用値として（２Ｃ／Ｌ）を演算している。即ち、周波数和演算部３１は、定数（２／Ｌ）を乗じた実質的な音速Ｃｘを演算している。また、周波数差演算部３２は、第１と第２の伝播時間の逆数の差を演算することで、上記式（６）に示すように、流速Ｖの代用値として（２Ｖ／Ｌ）を演算している。即ち、周波数差演算部３２は、定数（２／Ｌ）を乗じた実質的な流速Ｖｘを演算している。
【００３１】
図２の制御系のうち符号３３で示した流速演算部は、周波数差演算部３２の演算結果にＬ／２を乗じて代用値ではない真の流速Ｖを演算する。なお、本実施形態では、これら周波数差演算部３２及び流速演算部３３と、前述した送受波制御回路２１と第１と第２の超音波送受波器１４，１５とから、本発明に係る「流速検出部」が構成されている。
【００３２】
図２の制御系のうち符号３４で示したガス種特定部は、周波数和演算部３１が演算した実質的な音速Ｃｘに基づいて、計測管１３を流れる気体が、空気、都市ガス、ＬＰガスの何れであるかを特定する。ここで、超音波が気体を伝播する際の音速は、その気体の種類によって異なると共に温度によっても異なる。また、本実施形態では、ガス管１２を流れる気体の温度が、低くても２５３．１［Ｋ］（−２０［℃］）以上であり、高くても３３３．１［Ｋ］（６０［℃］）以下になっている。さらには、図３には、−２０〜６０［℃］の温度に対する音速の変化が、空気、都市ガス、ＬＰガス毎に示されている。同図に示すように、２５３．１〜３３３．１［Ｋ］（−２０〜６０［℃］）の範囲では、空気、都市ガス、ＬＰガスの間で音速の値が同一になることはない。そこで、ガス種特定部３４は、図３に示した特性に基づいて、第１の下限判定値及び上限判定値と、第２の下限判定値及び上限判定値と、又は、第３の下限判定値及び上限判定値とが設定されていて、実質的な音速Ｃｘが、上記第１〜第３の下限判定値及び上限判定値のうち何れかの下限判定値及び上限判定値の間に収まっているかに基づいて、計測管１３を流れる気体が、空気、都市ガス、ＬＰガスの何れであるかを特定するようになっている。
【００３３】
図２の制御系のうち符号３５で示した温度特定部は、ガス種特定部３４から計測管１３を流れる気体のガス種の情報を取得すると共に、周波数和演算部３１から実質的な音速Ｃｘの演算値を取得し、それらに基づいて気体の温度を特定する。具体的には、コントローラ２０のＲＯＭ２１Ｂ（図１参照）には、空気の温度とその温度に応じた実質的な音速Ｃｘとを対応させた第１の音速・温度データテーブル４１と、都市ガスの温度とその温度に応じた実質的な音速Ｃｘとを対応させた第２の音速・温度データテーブル４２と、ＬＰガスの温度とその温度に応じた実質的な音速Ｃｘとを対応させた第３の音速・温度データテーブル４３とが記憶されている。そして、温度特定部３５は、ガス種の情報に基づき、計測管１３を流れる気体の種類に応じた第１〜第３の何れかの音速・温度データテーブル４１，４２，４３にアクセスし、実質的な音速Ｃｘに基づいて音速・温度データテーブルから気体の温度を特定する。
【００３４】
図２の制御系のうち符号３６で示した標準密度特定部は、温度特定部３５から気体のガス種の情報を取得し、その気体のガス種の情報に基づいて、予め設定された標準温度及び標準全圧下における気体の密度としての標準密度を特定する。ここで、本実施形態の超音波流量計１０では、標準温度として２７３．１［Ｋ］（摂氏０［℃］）、標準全圧として１０１．３［ｋＰａ］（１気圧）が予め設定され、それら標準温度２７３．１［Ｋ］、標準全圧１０１．３［ｋＰａ］のデータが前記した図示しないデータ処理プログラム中に組み込まれてＲＯＭ２１Ｂ（図１参照）に記憶されている。また、ＲＯＭ２１Ｂには、ガス種の情報と空気、都市ガス、ＬＰガスの標準密度とを対応させた密度データベース４４が記憶されている。そして、標準密度特定部３６は、気体のガス種の情報に基づいてＲＯＭ２１Ｂの密度データベース４４から計測管１３内を流れる気体の標準密度を取得する。
【００３５】
また、標準密度特定部３６は、流速演算部３３から気体の流速の演算結果を取得すると共に、静圧検出回路２５から静圧の検出結果を取得し、下記式（１），（２）を利用して、計測管１３内の実際の温度及び実際の全圧下の気体の密度である計測時密度を演算する。即ち、標準温度をＴ０、標準全圧をＰ０、標準密度をρ０、実際の温度をＴ１、静圧をＰ１、動圧をＰ２、計測時密度をρ１、実際の流速をＶとすると、以下の式（１），（２）が成立する。
【００３６】
【数４】
【００３７】
具体的には、標準密度特定部３６は、まず、式（１）においてＰ２＝０として計測時密度ρ１を演算する。次に、計測時密度ρ１と式（２）から動圧Ｐ２を演算し、得られた動圧Ｐ２と式（１）から再び計測時密度ρ１を演算する。このように式（１），（２）を繰り返し用いて、計測時密度ρ１を演算する。
【００３８】
なお、式（１），（２）を変形すると下記式（７）になる。標準密度特定部３６はこの式（７）から計測時密度ρ１を演算してもよい。
【００３９】
【数５】
【００４０】
また、標準密度特定部３６は、式（１）においてＰ２＝０として、即ち、式（１），（２）の繰り返し用いないで計測時密度ρ１を簡易的に演算してもよい。
【００４１】
図２の制御系のうち符号３７で示した動圧演算部は、標準密度特定部３６から計測時密度ρ１を取得すると共に、流速演算部３３から流速Ｖを取得して、上記式（２）から気体の動圧Ｐ２を演算する。
【００４２】
図２の制御系のうち符号３８で示した全圧演算部は、動圧演算部３７から動圧Ｐ２を取得すると共に、静圧検出回路２５から静圧Ｐ１を取得して、静圧Ｐ１及び動圧Ｐ２の和で全圧Ｐ３（＝Ｐ１＋Ｐ２）を演算する。
【００４３】
図２の制御系のうち符号３９で示した標準単位流量演算部は、全圧演算部３８から全圧Ｐ３を取得し、流速演算部３３から流速Ｖを取得し、温度特定部３５から温度Ｔ１の情報を取得して、ボイル・シャルルの法則に基づいた下記式（８）から標準単位流量Ｑｘを演算する。ここで、標準単位流量Ｑｘは、任意の温度及び圧力で流れる気体の実際の流速を、前記した標準温度及び標準全圧で、計測管１３内の単位面積に流れる気体の流量である。つまり、標準単位流量Ｑｘは、標準温度及び標準全圧下で計測管１３内を流れる気体の流速でもある。
【００４４】
【数６】
【００４５】
図２の制御系のうち符号４０で示した標準流量演算部は、標準単位流量演算部３９から標準単位流量Ｑｘを取得し、その標準単位流量Ｑｘに計測管１３の内側断面積を乗じて、標準流量Ｑを演算する。そして、これら標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑが信号処理部３０から図１に示したコントローラ２０の出力回路２２に付与され、その出力回路２２から超音波流量計１０外に出力される。
【００４６】
上記したように本実施形態の超音波流量計１０では、気体の流速Ｖの大小によって変化する動圧Ｐ２と静圧Ｐ１との和である全圧を使用して標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを演算しているので、流速Ｖの大小にかかわらず、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを安定して正確に計測することができる。しかも、第１と第２の超音波送受波器１４，１５が計測管１３全体を横切るように超音波を送受波して流速Ｖを検出しているので、計測管１３全体の平均した流速Ｖが検出され、この点においても、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを正確に計測することができる。さらには、全圧Ｐ３を使用して気体の計測時密度ρ１を演算するので計測時密度ρ１の精度も高くなり、その計測時密度ρ１を使用して動圧Ｐ２を演算するので、この点においても高い精度で動圧Ｐ２を演算することができる。
【００４７】
また、流速Ｖを検出するための第１と第２の超音波送受波器１４，１５を利用して超音波の音速Ｃを演算し、その音速Ｃから計測管１３内を流れる気体の種類を特定するので、計測管１３に異なる種類の気体が流れ得る場合も、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを安定して正確に計測することができる。また、流速Ｖを利用して動圧Ｐ２を演算するので、動圧Ｐ２を求めるために例えば動圧計測用のピトー管のような機器を別途設けた構成に比べて、超音波流量計１０がコンパクトになる。さらには、音速Ｃの演算結果から実際の温度Ｔ１を特定するので、温度計を別途設けた構成に比べて超音波流量計１０がコンパクトになる。
【００４８】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４９】
（１）前記実施形態では、音速Ｃの演算結果から実際の温度Ｔ１を特定していたが、実際の温度Ｔ１を温度計により計測してもよい。このような構成であっても、流速Ｖの大小にかかわらず、標準単位流量Ｑｘ及び標準流量Ｑを安定して計測することができる。
【００５０】
（２）前記実施形態において、実質的な音速Ｃｘが第１〜３の下限判定値及び上限判定値の何れの下限判定値及び上限判定値の間にも属さない場合にアラームなどの警報を発する警報装置を備えた構成としてもよい。これにより、空気、都市ガス、ＬＰガス以外のガス混入検知を図ることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 超音波流量計
１４ 第１超音波送受波器
１５ 第２超音波送受波器
１７ 静圧計
２１ 送受波制御回路
２５ 静圧検出回路
３３ 流速演算部
３４ ガス種特定部
３５ 温度特定部
３６ 標準密度特定部
３７ 動圧演算部
３８ 全圧演算部
３９ 標準単位流量演算部
４０ 標準流量演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測管内の気体の流速を検出可能な流速検出部と、
前記計測管内の気体の静圧を検出可能な静圧検出部と、
前記流速から前記気体の動圧を演算する動圧演算部と、
前記静圧及び前記動圧の和で全圧を演算する全圧演算部と、
前記計測管内の気体の温度を検出可能な温度検出部と、
前記流速検出部、前記温度検出部及び前記全圧演算部にて検出した実際の流速、実際の温度及び実際の全圧と、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、前記実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で前記計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、前記標準単位流量に前記計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換する標準変換部とを備えたことを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記標準温度をＴ０、前記標準全圧をＰ０、前記標準温度Ｔ０及び前記標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、前記実際の温度をＴ１、前記静圧をＰ１、前記動圧をＰ２、前記実際の温度Ｔ１及び前記実際の全圧下の気体の密度である計測時密度をρ１、前記実際の流速をＶとすると、
前記動圧演算部は、
【数１】
、の式に基づいて前記計測時密度ρ１及び前記動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記流速検出部は、前記計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備えて、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２とすると、
【数２】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算するように構成されると共に、前記超音波の音速をＣとすると、
【数３】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、前記音速Ｃに基づいて前記計測管内を流れる気体の種類に応じた前記標準密度を特定する標準密度特定部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
前記流速検出部は、前記計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備え、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２、前記実際の流速をＶとすると、
【数４】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算するように構成されると共に、前記超音波の音速をＣとすると、
【数５】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、前記気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備え、
前記温度計測部は、前記音速演算部にて演算した音速Ｃに基づいて前記音速・温度データテーブルから前記実際の温度を特定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の流量計。
【請求項５】
計測管内の気体の流速、静圧、動圧及び温度を検出し、それら検出した実際の静圧と実際の動圧との和である実際の全圧と実際の流速と実際の温度とボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、前記実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で前記計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、前記標準単位流量に前記計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換して計測することを特徴とする流量計測方法。
【請求項６】
前記標準温度をＴ０、前記標準全圧をＰ０、前記標準温度Ｔ０及び前記標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、前記実際の温度をＴ１、前記静圧をＰ１、前記動圧をＰ２、前記実際の温度Ｔ１及び前記実際の全圧下の気体の密度である計測時密度をρ１、前記実際の流速をＶとすると、
【数６】
、の式に基づいて前記計測時密度ρ１及び前記動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項５に記載の流量計測方法。
【請求項７】
前記計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２、前記超音波の音速をＣとすると、
【数７】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算すると共に、
【数８】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算し、前記音速に基づいて前記計測管内を流れる気体の種類に応じた前記標準密度を特定することを特徴とする請求項６に記載の流量計測方法。
【請求項８】
前記計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２、前記実際の流速をＶ、前記超音波の音速をＣとすると、
【数９】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算すると共に、
【数１０】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算し、前記気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備えておき、
前記音速演算部の演算結果に基づいて前記音速・温度データテーブルから前記実際の温度を特定することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１の請求項に記載の流量計測方法。
【請求項１】
計測管内の気体の流速を検出可能な流速検出部と、
前記計測管内の気体の静圧を検出可能な静圧検出部と、
前記流速から前記気体の動圧を演算する動圧演算部と、
前記静圧及び前記動圧の和で全圧を演算する全圧演算部と、
前記計測管内の気体の温度を検出可能な温度検出部と、
前記流速検出部、前記温度検出部及び前記全圧演算部にて検出した実際の流速、実際の温度及び実際の全圧と、ボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、前記実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で前記計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、前記標準単位流量に前記計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換する標準変換部とを備えたことを特徴とする流量計。
【請求項２】
前記標準温度をＴ０、前記標準全圧をＰ０、前記標準温度Ｔ０及び前記標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、前記実際の温度をＴ１、前記静圧をＰ１、前記動圧をＰ２、前記実際の温度Ｔ１及び前記実際の全圧下の気体の密度である計測時密度をρ１、前記実際の流速をＶとすると、
前記動圧演算部は、
【数１】
、の式に基づいて前記計測時密度ρ１及び前記動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記流速検出部は、前記計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備えて、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２とすると、
【数２】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算するように構成されると共に、前記超音波の音速をＣとすると、
【数３】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、前記音速Ｃに基づいて前記計測管内を流れる気体の種類に応じた前記標準密度を特定する標準密度特定部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の流量計。
【請求項４】
前記流速検出部は、前記計測管の軸方向の異なる２位置に配置され、双方向で超音波を送受波可能な第１と第２の超音波送受波器と、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測する伝播時間計測部とを備え、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２、前記実際の流速をＶとすると、
【数４】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算するように構成されると共に、前記超音波の音速をＣとすると、
【数５】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算する音速演算部と、前記気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備え、
前記温度計測部は、前記音速演算部にて演算した音速Ｃに基づいて前記音速・温度データテーブルから前記実際の温度を特定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の流量計。
【請求項５】
計測管内の気体の流速、静圧、動圧及び温度を検出し、それら検出した実際の静圧と実際の動圧との和である実際の全圧と実際の流速と実際の温度とボイル・シャルルの法則に基づく関係式とを使用して、前記実際の流速を、予め定めた標準温度及び標準全圧で前記計測管内の単位面積に流れる気体の標準単位流量に変換するか、又は、前記標準単位流量に前記計測管の内側断面積を乗じた標準流量に変換して計測することを特徴とする流量計測方法。
【請求項６】
前記標準温度をＴ０、前記標準全圧をＰ０、前記標準温度Ｔ０及び前記標準全圧Ｐ０下の気体の密度である標準密度をρ０、前記実際の温度をＴ１、前記静圧をＰ１、前記動圧をＰ２、前記実際の温度Ｔ１及び前記実際の全圧下の気体の密度である計測時密度をρ１、前記実際の流速をＶとすると、
【数６】
、の式に基づいて前記計測時密度ρ１及び前記動圧Ｐ２を演算することを特徴とする請求項５に記載の流量計測方法。
【請求項７】
前記計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２、前記超音波の音速をＣとすると、
【数７】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算すると共に、
【数８】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算し、前記音速に基づいて前記計測管内を流れる気体の種類に応じた前記標準密度を特定することを特徴とする請求項６に記載の流量計測方法。
【請求項８】
前記計測管の軸方向の異なる２位置に第１と第２の超音波送受波器を配置して、前記第１から第２の超音波送受波器への超音波の第１伝播時間と前記第２から第１の超音波送受波器への超音波の第２伝播時間とを計測し、
前記第１と第２の超音波送受波器の間の前記計測管の軸方向における距離をＬ、前記第１伝播時間をｔ１、前記第２伝播時間をｔ２、前記実際の流速をＶ、前記超音波の音速をＣとすると、
【数９】
、の式に基づいて前記流速Ｖを演算すると共に、
【数１０】
、の式に基づいて前記超音波の音速Ｃを演算し、前記気体の温度とその温度に応じた音速とを対応させた音速・温度データテーブルを備えておき、
前記音速演算部の演算結果に基づいて前記音速・温度データテーブルから前記実際の温度を特定することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１の請求項に記載の流量計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２５６０７５（Ｐ２０１０−２５６０７５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０３９９８（Ｐ２００９−１０３９９８）
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（０００１１６６３３）愛知時計電機株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
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