超音波流量計
【課題】面粗さに対応した、より正確な流量補正係数を求め、これを用いて高精度な流量測定を行う超音波流量計を提供すること。
【解決手段】一方の超音波トランスデューサから他方の超音波トランスデューサへ測定管２内の被測定流体ＦＬＤを伝搬した超音波信号の第１相関値またはこの伝搬した超音波信号の強度に応じて、第１相関値に基づく被測定流体ＦＬＤの第１流速の測定または超音波反射体によって反射された超音波信号の第２相関値に基づく第２流速の測定のいずれか一方を行う超音波流量計１００において、測定された第１および第２流速の比率に基づく測定管２の面粗さ係数から流量補正係数を求める流量補正係数決定手段１１０と、流量補正係数決定手段１１０の流量補正係数と第１流速とを用いて被測定流体ＦＬＤの流量を求める流量算出手段１２０と、を備えたこと特徴とするもの。
【解決手段】一方の超音波トランスデューサから他方の超音波トランスデューサへ測定管２内の被測定流体ＦＬＤを伝搬した超音波信号の第１相関値またはこの伝搬した超音波信号の強度に応じて、第１相関値に基づく被測定流体ＦＬＤの第１流速の測定または超音波反射体によって反射された超音波信号の第２相関値に基づく第２流速の測定のいずれか一方を行う超音波流量計１００において、測定された第１および第２流速の比率に基づく測定管２の面粗さ係数から流量補正係数を求める流量補正係数決定手段１１０と、流量補正係数決定手段１１０の流量補正係数と第１流速とを用いて被測定流体ＦＬＤの流量を求める流量算出手段１２０と、を備えたこと特徴とするもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に関し、特に、より正確な流量補正係数を用いて高精度な流量測定を行う技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントなどの流量制御に用いられる流量計として超音波流量計が知られている。超音波流量計の中には、伝搬時間差方式による測定と反射相関方式による測定とを組み合わせたものがある（特許文献１参照）。この超音波流量計は、被測定流体中に気泡や微粒子などの超音波反射体が少ない場合には伝搬時間差方式による測定を行い、多い場合には反射相関方式による測定を行うものである。以下、この超音波流量計について図３の構成図を用いて説明する。
【０００３】
図３において、測定管内径（直径）Ｄを有する測定管２には、矢印の方向に被測定流体ＦＬＤ（液体、気体、ガスなど）が流れる。超音波流量計１は、測定管２の外周に設けた超音波を発射するとともに受信する機能も備えた超音波トランスジューサＡ１０と、超音波トランスジューサＡ１０の下流側の外周に設けた超音波トランスジューサＡ１０からの超音波を受信するとともに超音波を発射する機能も備えた超音波トランスジューサＢ１１と、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１から超音波を発射させるトリガー信号を出力する送信回路３０と、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１が受信した超音波信号を増幅する受信回路４０を備える。
【０００４】
さらに、超音波流量計１は、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１と送信回路３０、受信回路４０との接続を切換える切換回路２０と、受信回路４０で受信した超音波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５０と、Ａ／Ｄ変換回路５０で生成されたデジタル信号に基づいて離散化した相関値を演算する相関演算手段６０と、相関演算手段６０で算出された相関値から流速を求める流速測定手段８０と、送信回路３０からの超音波送出のタイミングを制御するとともに切換回路２０の切換えを制御する切換判定手段７０と、を備える。なお、超音波トランスジューサＢ１１は、超音波トランスジューサＡ１０と同じ側の位置に設けても（実線で図示）、点線で示したように対向する位置に設けてもよい。
【０００５】
伝搬時間差方式による測定手段（第１流速の測定手段）における切換回路２０の接続は、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１を使うように、切換回路２０をＡＳ側にして超音波トランスジューサＡ１０と送信回路３０とを接続し且つＢＲ側にして超音波トランスジューサＢ１１と受信回路４０とを接続し、その後、逆にＢＳ側にして超音波トランスジューサＢ１１と送信回路３０とを接続し且つＡＲ側にして超音波トランスジューサＡ１０と受信回路４０とを接続する。
【０００６】
これによって、超音波トランスジューサＡ１０から発射された超音波信号ＣＴは、被測定流体ＦＬＤ中を伝搬し、測定管２の内壁で反射して、超音波トランスジューサＢ１１で受信される。その後、逆に超音波トランスジューサＢ１１から発射された超音波信号ＣＴは、被測定流体ＦＬＤを伝搬し、測定管２の内壁で反射して、超音波トランスジューサＡ１０で受信される。
【０００７】
反射相関方式による測定手段（第２流速の測定手段）における切換回路２０の接続は、超音波トランスジューサＡ１０のみを使うように、切換回路２０をＡＳ側にして超音波トランスジューサＡ１０と送信回路３０とを接続し且つＡＲ側にして超音波トランスジューサＡ１０と受信回路４０とを接続する。
【０００８】
これによって、超音波トランスジューサＡ１０から発射された超音波信号ＣＨは、被測定流体ＦＬＤ中の超音波反射体ＰＴによって反射され、この反射した超音波信号が同じ超音波トランスジューサＡ１０で受信される。
【０００９】
相関演算手段６０は、伝搬時間差方式による測定の場合、超音波トランスジューサＢ１１および超音波トランスジューサＡ１０で受信された超音波受信信号（以下、「伝搬時間差方式の超音波受信信号」という）のデジタル信号に対し、相互相関演算を行い相関値（以下、「第１相関値」という）を求める。そして、流速測定手段８０は、第１相関値が最大になる時間差を求め、この時間差、超音波信号の音速および超音波信号の進行方向の角度を用いて被測定流体ＦＬＤの流速（以下、「第１流速」という）を求める。なお、この第１流速は、測定管２内の被測定流体ＦＬＤの（第１）平均流速である。
【００１０】
また、相関演算手段６０は、反射相関方式にによる測定の場合、一定時間の間隔で２回以上超音波トランスジューサＡ１０から超音波信号が発射され、自ら受信した超音波受信信号のデジタル信号に対し、相互相関演算を行い相関値（以下、「第２相関値」という）を求める。そして、流速測定手段８０は、第２相関値から被測定流体ＦＬＤの流速（以下、「第２流速」という）を求める。なお、この第２流速は、測定管２内の被測定流体ＦＬＤの（第２）平均流速である。
【００１１】
切換判定手段７０は、伝搬時間差方式の超音波受信信号の強度または第１相関値が所定値より大きければ、切換回路２０を伝搬時間差方式の接続にし、所定値以下であれば、切換回路２０を反射相関方式の接続にして、いずれか一方の測定方式で流速を測定する。
【００１２】
なお、この所定値（以下、「測定方式切換値」という）は、超音波流量測定において、伝搬時間差方式による測定と反射相関方式による測定のうち、適している一方の測定方式に切換えるための閾値である。
【００１３】
すなわち、超音波反射体ＰＴが少ない場合には伝搬時間差方式による測定が適しており、この場合、伝搬する超音波信号の乱れが少なく超音波受信信号同士の波形は類似するので第１相関値は大きくなり、超音波受信信号の振幅などの強度も大きくなる。
【００１４】
また、超音波反射体ＰＴが多い場合には反射相関方式による測定が適しており、この場合、逆に第１相関値は小さくなり、超音波受信信号の強度も小さくなる。
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１８１２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
伝搬時間差方式で流量を測定する場合、第１流速に流量補正係数と測定管内径Ｄとを乗算して流量を求める。この流量補正係数は、経験的な値に基づくキビリスの式、ビルゲルの式などから算出された値である。
【００１７】
測定管２の製造条件の違いによって、測定管２の面粗さに個体差（違い）がある。また、測定管２の腐食や測定管２への付着などによって、測定管２の面粗さが流量測定中に変化することがある。しかしながら、流量補正係数には面粗さが反映されていないため、流量補正係数を用いて求めた伝搬時間差方式による流量は、面粗さの個体差や変化によって誤差が発生する問題がある。
【００１８】
また、この誤差によって、伝搬時間差方式と反射相関方式とが相互に切換えられた際、流量出力が変化（シフト）する問題がある。
【００１９】
本発明の目的は、面粗さに対応した、より正確な流量補正係数を求め、これを用いて高精度な流量測定を行う超音波流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
一方の超音波トランスデューサから他方の超音波トランスデューサへ測定管内の被測定流体を伝搬した超音波信号の第１相関値またはこの伝搬した超音波信号の強度に応じて、前記第１相関値に基づく前記被測定流体の第１流速の測定または超音波反射体によって反射された超音波信号の第２相関値に基づく第２流速の測定のいずれか一方を行う超音波流量計において、
測定された前記第１および第２流速の比率に基づく前記測定管の面粗さ係数から流量補正係数を求める流量補正係数決定手段と、
この流量補正係数決定手段の流量補正係数と前記第１流速とを用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段と、
を備えたこと特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記流量補正係数決定手段は、
前記第１または第２流速から求めた第１レイノルズ数と、前記第２流速を前記第１流速で除算した除算結果とに基づいて前記面粗さ係数を求める面粗さ係数算出手段と、
この面粗さ係数算出手段の面粗さ係数と、前記第１流速から求めた第２レイノルズ数とに基づいて前記流量補正係数を求める流量補正係数算出手段と、
を備えたこと特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記面粗さ係数算出手段は、前記除算結果から前記測定管の第１管摩擦係数を求め、この第１管摩擦係数と前記第１レイノルズ数とから前記面粗さ係数を求める、
前記流量補正係数算出手段は、前記第２レイノルズ数と前記面粗さ係数とから前記測定管の第２管摩擦係数を求め、この第２管摩擦係数から前記流量補正係数を求める、
ことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記面粗さ係数は前記測定管の面粗さ値と前記測定管の内径との比率であり、前記面粗さ係数算出手段はコールブルックの式を用いて前記面粗さ係数を求めることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、
予め前記流量補正係数決定手段によって求めた流量補正係数を記憶する記憶手段を備え、
前記流量算出手段は前記記憶手段の流量補正係数を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、流量補正係数決定手段が、第１および第２流速の比率に基づいて測定管の面粗さ係数を求め、この面粗さ係数から流量補正係数を求めることによって、面粗さに対応した、より正確な流量補正係数を求めることができる。
【００２２】
さらに、流量算出手段が、この流量補正係数を用いて流量を求めることによって、伝搬時間差方式による流量の誤差の発生を抑制することができ、高精度な流量測定を行うことができる。
【００２３】
また、誤差の発生を抑制することができるため、伝搬時間差方式と反射相関方式とが相互に切換えられた際、流量出力の変化（シフト）を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る実施例について図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る超音波流量計１００の構成図であり、図３（背景技術）と同一の構成要素は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２５】
図１において、超音波流量計１００は、超音波トランスジューサＡ１０、超音波トランスジューサＢ１１、切換回路２０、送信回路３０、受信回路４０、Ａ／Ｄ変換回路５０、相関演算手段６０、切換判定手段７０および流速測定手段８０を備えており、これらの構成および動作は背景技術と同様である。
【００２６】
これらの構成に加えて、本実施例に係る超音波流量計１００は、流量補正係数決定手段１１０、流量算出手段１２０および記憶手段１３０を備える。なお、流量補正係数決定手段１１０は、第１管摩擦係数算出手段１１２を有する面粗さ係数算出手段１１１および第２管摩擦係数算出手段１１６を有する流量補正係数算出手段１１５を備える。
【００２７】
流量補正係数決定手段１１０は、流速測定手段８０から第１流速および第２流速を受け取り、求めた流量補正係数を流量算出手段１２０および記憶手段１３０へ出力する。
【００２８】
面粗さ係数算出手段１１１は、第１流速および第２流速を受け取り、求めた面粗さ係数を流量補正係数算出手段１１５へ出力する。なお、第１管摩擦係数算出手段１１２は、面粗さ係数算出手段１１１で用いる測定管２の第１管摩擦係数を算出する。
【００２９】
流量補正係数算出手段１１５は、第１流速および面粗さ係数を受け取り、求めた流量補正係数を流量算出手段１２０および記憶手段１３０へ出力する。なお、第２管摩擦係数算出手段１１６は、流量補正係数算出手段１１５で用いる測定管２の第２管摩擦係数を算出する。
【００３０】
流量算出手段１２０は、流量補正係数決定手段１１０または記憶手段１３０から流量補正係数、および流速測定手段８０から第１流速を受け取り、求めた被測定流体ＦＬＤの流量を外部へ出力し、表示手段（図示しない）に表示させる。また、記憶手段１３０は、受け取った流量補正係数を記憶し、記憶した流量補正係数を流量算出手段１２０へ出力する。
【００３１】
つぎに、図２の動作フローチャート図を用いて、本実施例の特徴である流量補正係数決定手段１１０の動作を中心に説明する。なお、第１および第２相関値をＳｋ１、Ｓｋ２、第１および第２流速をＶ１、Ｖ２、第１および第２管摩擦係数をｆｒ１、ｆｒ２、第１および第２レイノルズ数をＲｅ１、Ｒｅ２、面粗さ係数をｒｐ、流量補正係数をＣｏｒと表す。
【００３２】
図２において、切換回路２０を伝搬時間差方式の接続にして、相関演算手段６０は第１相関値Ｓｋ１を求め、流速測定手段８０は第１流速Ｖ１を求める（ステップＳ１０）。その後、切換回路２０を反射相関方式の接続にして、相関演算手段６０は第２相関値Ｓｋ２を求め、流速測定手段８０は第２流速Ｖ２を求める（ステップＳ２０）。
【００３３】
以下に、流量補正係数決定手段１１０による流量補正係数決定処理Ｐ１の概要を説明する。流量補正係数決定処理Ｐ１は、ステップＳ３０、Ｓ４０、面粗さ係数算出手段１１１による面粗さ係数算出処理Ｐ１ａおよび流量補正係数算出手段１１５による流量補正係数算出処理Ｐ１ｂから構成される。そして、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａはステップＳ５０〜Ｓ７０、流量補正係数算出処理Ｐ１ｂはステップＳ８０〜Ｓ１００から構成される。
【００３４】
流量補正係数決定処理Ｐ１のステップＳ４０以降は、伝搬時間差方式および反射相関方式による測定が可能な状態において行われることが好ましい。このため、第１相関値Ｓｋ１が第１所定値以上または第１所定値より大きく、かつ、第２相関値Ｓｋ２が第２所定値以上または第２所定値より大きい場合（ステップＳ３０の「はい」）、ステップＳ４０に移行する。そうではない場合（ステップＳ３０の「いいえ」）、測定を終了する。
【００３５】
なお、第１所定値は、伝搬時間差方式による測定が可能であり適切に動作していることを判別するための閾値である。第２所定値は、反射相関方式による測定が可能であり適切に動作していることを判別するための閾値である。
【００３６】
ステップＳ４０に移行後、流量補正係数決定手段１１０は、第１流速Ｖ１と第２流速Ｖ２との比率（以下、「流速比率」という）を求める（ステップＳ４０）。
【００３７】
その後、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａを行って流速比率に基づく面粗さ係数ｒｐを求め、流量補正係数算出処理Ｐ１ｂを行って面粗さ係数ｒｐから流量補正係数Ｃｏｒを求める。
【００３８】
詳しくは、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａにおいて、面粗さ係数算出手段１１１は、第１流速Ｖ１または第２流速Ｖ２から求めた第１レイノルズ数Ｒｅ１を求め（ステップＳ６０）、第１レイノルズ数Ｒｅ１と流速比率（第２流速Ｖ２を第１流速Ｖ１で除算した除算結果）とに基づいて面粗さ係数ｒｐを求める（ステップＳ７０）。
【００３９】
また、流量補正係数算出処理Ｐ１ｂにおいて、流量補正係数算出手段１１５は、第１流速Ｖ１から第２レイノルズ数Ｒｅ２を求め（ステップＳ８０）、第２レイノルズ数Ｒｅと面粗さ係数ｒｐとに基づいて流量補正係数Ｃｏｒを求める（ステップＳ１００）。
【００４０】
以上、流量補正係数決定処理Ｐ１、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａおよび流量補正係数算出処理Ｐ１ｂの概要を説明したが、つぎに、式を用いてさらに詳細に説明する。
【００４１】
伝搬時間差方式および反射相関方式より求められる被測定流体ＦＬＤの流速の速度分布ｖ（ｙ）は、下記式（１）の対数速度分布の式によって求められる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
式（１）において、ｙは測定管２内部の中心から半径方向の座標、ｖｍａｘは最大流速、ｖｔは摩擦速度、ｋｒはカルマン定数、ａは測定管２内部の半径を表す。
【００４４】
ステップＳ１０において、第１流速Ｖ１は、式（１）のｖ（ｙ）を下記式（２）に代入して求められる。第１流速Ｖ１は、流速分布ｖ（ｙ）をｙで積分して、ａで除算したものである（流速分布の平均値に相当）。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ステップＳ２０において、第２流速Ｖ２は、式（１）のｖ（ｙ）を下記式（３）に代入して求められる。第２流速Ｖ２は、流速分布ｖ（ｙ）をｙで積分したもの（流量に相当）を、測定管２内部の断面積で除算したものである。
【００４７】
【数３】
【００４８】
管摩擦係数をｆｒとすると、ｖｍａｘ（最大流速）は下記式（４）によって求められる。
【００４９】
【数４】
【００５０】
また、ｖｔ（摩擦速度）は下記式（５）によって求められる。
【００５１】
【数５】
【００５２】
なお、式（１）は対数速度分布の式であるが、指数速度分布などの他の速度分布を用いてもよい。
【００５３】
ステップＳ３０は前述したので説明を省略する。ステップＳ４０において、流量補正係数決定手段１１０は流速比率、すなわち第２流速Ｖ２を第１流速Ｖ１で除算した除算結果Ｋを、式（１）〜（５）を用いて、下記式（６）によって求めることができる。
【００５４】
【数６】
【００５５】
ここで、カルマン定数ｋｒを０．４とすると、式（６）は下記式（７）となる。
【００５６】
【数７】
【００５７】
ステップＳ５０において、面粗さ係数算出手段１１１の第１管摩擦係数算出手段１１２は、除算結果Ｋから第１管摩擦係数ｆｒ１を求める。すなわち、式（７）のＫに除算結果Ｋを代入して管摩擦係数ｆｒを求め、これを第１管摩擦係数ｆｒ１とする。
【００５８】
ステップＳ６０において、面粗さ係数算出手段１１１は、第１流速Ｖ１または第２流速Ｖ２から第１レイノルズ数Ｒｅ１を求める。
【００５９】
ステップＳ７０において、面粗さ係数算出手段１１１は、例えば、下記式（８）のコールブルック（ＣｏｌｅＢｌｏｏｋ）の式を用いて、面粗さ係数ｒｐを求める。すなわち、式（８）において、ｆｒに第１管摩擦係数ｆｒ１を、Ｒｅに第１レイノルズ数Ｒｅ１を代入して面粗さ係数ｒｐを求める。
【００６０】
【数８】
【００６１】
コールブルックの式を用いる場合、面粗さ係数ｒｐは、測定管２の面粗さ値ｅと測定管内径（直径）Ｄとの比率、すなわちｒｐ＝ｅ／Ｄである。
【００６２】
ステップＳ８０において、流量補正係数算出手段１１５は、第１流速Ｖ１から第２レイノルズ数Ｒｅ２を求める。
【００６３】
ステップＳ９０において、流量補正係数算出手段１１５の第２管摩擦係数算出手段１１６は、第２レイノルズ数Ｒｅ２と面粗さ係数ｒｐとから第２管摩擦係数ｆｒ２を求める。すなわち、式（８）のＲｅに第２レイノルズ数Ｒｅ２を、ｒｐに面粗さ係数ｒｐを代入して管摩擦係数ｆｒを求め、これを第２管摩擦係数ｆｒ２とする。
【００６４】
なお、流量補正係数Ｃｏｒは、式（７）の流速比率（除算結果Ｋ）に相当する。このため、ステップＳ１００において、流量補正係数算出手段１１５は、式（７）を用いて、第２管摩擦係数ｆｒ２から流量補正係数Ｃｏｒ（Ｋ）を求める。すなわち、式（７）のｆｒに第２管摩擦係数ｆｒ２を代入して流量補正係数Ｃｏｒ（Ｋ）を求める。以上が、流量補正係数決定処理Ｐ１の詳細説明である。
【００６５】
つぎに、ステップＳ１１０において、第１相関値Ｓｋ１または伝搬時間差方式の超音波受信信号の強度が、測定方式切換値より大きいかどうかを判断する。
【００６６】
大きい場合（ステップＳ１１０の「はい」）、伝搬時間差方式による測定が適しているので、流量算出処理Ｐ２のうちのステップＳ１２０へ移行し、流量算出手段１２０は、流量補正係数Ｃｏｒと第１流速Ｖ１とを用いて被測定流体ＦＬＤの流量を求める。すなわち、流量補正係数Ｃｏｒと第１流速Ｖ１と測定管２内部の断面積とを乗算して流量を求めることができる。
【００６７】
小さい場合（ステップＳ１１０の「いいえ」）、反射相関方式による測定が適しているので、流量算出処理Ｐ２のうちのステップＳ１３０へ移行し、流量算出手段１２０は、第２流速Ｖ２と測定管２内部の断面積とを乗算して流量を求めることができる。
【００６８】
本実施例によれば、流量補正係数決定手段１１０が、第１流速Ｖ１と第２流速Ｖ２との比率Ｋに基づいて測定管２の面粗さ係数ｒｐを求め（図２のステップＳ７０）、この面粗さ係数ｒｐから流量補正係数Ｃｏｒを求めることによって（ステップＳ１００）、面粗さに対応した、より正確な流量補正係数Ｃｏｒを求めことができる。
【００６９】
さらに、流量算出手段１２０が、この流量補正係数Ｃｏｒを用いて流量を求めることによって（ステップＳ１２０）、伝搬時間差方式による流量の誤差の発生を抑制することができ、高精度な流量測定を行うことができる。
【００７０】
また、誤差の発生を抑制することができるため、伝搬時間差方式と反射相関方式とが相互に切換えられた際、流量出力の変化（シフト）を抑制することができる。
【００７１】
また、
（１）流量補正係数算出手段１１５が、第１流速Ｖ１から第２レイノルズ数Ｒｅ２を求め（ステップＳ８０）、第２レイノルズ数Ｒｅ２と面粗さ係数ｒｐとに基づいて流量補正係数Ｃｏｒを求める（ステップＳ１００）、すなわち、第１流速Ｖ１（伝搬時間差方式による流速）が反映した第２レイノルズ数Ｒｅ２を用いて流量補正係数Ｃｏｒを求めるので、第１流速Ｖ１が変化した場合でも、この変化に応答した、さらに正確な流量補正係数Ｃｏｒを求めことができる。
【００７２】
（２）面粗さ係数算出手段１１１は、式（８）のコールブルックの式を用いて、面粗さ係数ｒｐを求めることができる（ステップＳ７０）。この場合、面粗さ係数ｒｐは、測定管２の面粗さ値ｅと測定管内径（直径）Ｄとの比率（ｒｐ＝ｅ／Ｄ）であり無次元の量なので、第１管摩擦係数算出手段１１２によって求めた無次元の量である第１管摩擦係数ｆｒ１を式（８）で用いることができる。
【００７３】
以上の実施例のほかに、記憶手段１３０を用いた例として、記憶手段１３０は、予め流量補正係数決定手段１１０によって求めた流量補正係数Ｃｏｒを受け取って記憶する。そして、流量算出手段１２０は、記憶された流量補正係数Ｃｏｒを記憶手段１３０から受け取り、流量補正係数Ｃｏｒと第１流速Ｖ１とを用いて被測定流体ＦＬＤの流量を求める（図２のステップＳ１２０）。
【００７４】
このように、記憶手段１３０が予め流量補正係数Ｃｏｒを記憶しておくことによって、流速測定のたびに、図２の流量補正係数決定処理Ｐ１を行う必要がなく、流量補正係数決定手段１１０の演算処理の負担を軽減することができる。
【００７５】
また、相関演算手段６０、切換判定手段７０、流速測定手段８０、流量補正係数決定手段１１０、面粗さ係数算出手段１１１、第１管摩擦係数算出手段１１２、流量補正係数算出手段１１５、第２管摩擦係数算出手段１１６および流量算出手段１２０は、プログラムを実行するＣＰＵなどのプロセッサによって実現されてもよく、論理回路などによって実現されてもよい。
【００７６】
なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含む。また、前述した各手段の組み合わせ以外の組み合わせを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明を適用した超音波流量計の構成図の例である。
【図２】図１の超音波流量計の動作フローチャート図の例である。
【図３】背景技術で示した超音波流量計の構成図の例である。
【符号の説明】
【００７８】
２ 測定管
１０ 超音波トランスジューサＡ
１１ 超音波トランスジューサＢ
２０ 切換回路
３０ 送信回路
４０ 受信回路
５０ Ａ／Ｄ変換回路
６０ 相関演算手段
７０ 切換判定手段
８０ 流速測定手段
１００ 超音波流量計
１１０ 流量補正係数決定手段
１１１ 面粗さ係数算出手段
１１２ 第１管摩擦係数算出手段
１１５ 流量補正係数算出手段
１１６ 第２管摩擦係数算出手段
１２０ 流量算出手段
１３０ 記憶手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に関し、特に、より正確な流量補正係数を用いて高精度な流量測定を行う技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントなどの流量制御に用いられる流量計として超音波流量計が知られている。超音波流量計の中には、伝搬時間差方式による測定と反射相関方式による測定とを組み合わせたものがある（特許文献１参照）。この超音波流量計は、被測定流体中に気泡や微粒子などの超音波反射体が少ない場合には伝搬時間差方式による測定を行い、多い場合には反射相関方式による測定を行うものである。以下、この超音波流量計について図３の構成図を用いて説明する。
【０００３】
図３において、測定管内径（直径）Ｄを有する測定管２には、矢印の方向に被測定流体ＦＬＤ（液体、気体、ガスなど）が流れる。超音波流量計１は、測定管２の外周に設けた超音波を発射するとともに受信する機能も備えた超音波トランスジューサＡ１０と、超音波トランスジューサＡ１０の下流側の外周に設けた超音波トランスジューサＡ１０からの超音波を受信するとともに超音波を発射する機能も備えた超音波トランスジューサＢ１１と、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１から超音波を発射させるトリガー信号を出力する送信回路３０と、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１が受信した超音波信号を増幅する受信回路４０を備える。
【０００４】
さらに、超音波流量計１は、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１と送信回路３０、受信回路４０との接続を切換える切換回路２０と、受信回路４０で受信した超音波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５０と、Ａ／Ｄ変換回路５０で生成されたデジタル信号に基づいて離散化した相関値を演算する相関演算手段６０と、相関演算手段６０で算出された相関値から流速を求める流速測定手段８０と、送信回路３０からの超音波送出のタイミングを制御するとともに切換回路２０の切換えを制御する切換判定手段７０と、を備える。なお、超音波トランスジューサＢ１１は、超音波トランスジューサＡ１０と同じ側の位置に設けても（実線で図示）、点線で示したように対向する位置に設けてもよい。
【０００５】
伝搬時間差方式による測定手段（第１流速の測定手段）における切換回路２０の接続は、超音波トランスジューサＡ１０、Ｂ１１を使うように、切換回路２０をＡＳ側にして超音波トランスジューサＡ１０と送信回路３０とを接続し且つＢＲ側にして超音波トランスジューサＢ１１と受信回路４０とを接続し、その後、逆にＢＳ側にして超音波トランスジューサＢ１１と送信回路３０とを接続し且つＡＲ側にして超音波トランスジューサＡ１０と受信回路４０とを接続する。
【０００６】
これによって、超音波トランスジューサＡ１０から発射された超音波信号ＣＴは、被測定流体ＦＬＤ中を伝搬し、測定管２の内壁で反射して、超音波トランスジューサＢ１１で受信される。その後、逆に超音波トランスジューサＢ１１から発射された超音波信号ＣＴは、被測定流体ＦＬＤを伝搬し、測定管２の内壁で反射して、超音波トランスジューサＡ１０で受信される。
【０００７】
反射相関方式による測定手段（第２流速の測定手段）における切換回路２０の接続は、超音波トランスジューサＡ１０のみを使うように、切換回路２０をＡＳ側にして超音波トランスジューサＡ１０と送信回路３０とを接続し且つＡＲ側にして超音波トランスジューサＡ１０と受信回路４０とを接続する。
【０００８】
これによって、超音波トランスジューサＡ１０から発射された超音波信号ＣＨは、被測定流体ＦＬＤ中の超音波反射体ＰＴによって反射され、この反射した超音波信号が同じ超音波トランスジューサＡ１０で受信される。
【０００９】
相関演算手段６０は、伝搬時間差方式による測定の場合、超音波トランスジューサＢ１１および超音波トランスジューサＡ１０で受信された超音波受信信号（以下、「伝搬時間差方式の超音波受信信号」という）のデジタル信号に対し、相互相関演算を行い相関値（以下、「第１相関値」という）を求める。そして、流速測定手段８０は、第１相関値が最大になる時間差を求め、この時間差、超音波信号の音速および超音波信号の進行方向の角度を用いて被測定流体ＦＬＤの流速（以下、「第１流速」という）を求める。なお、この第１流速は、測定管２内の被測定流体ＦＬＤの（第１）平均流速である。
【００１０】
また、相関演算手段６０は、反射相関方式にによる測定の場合、一定時間の間隔で２回以上超音波トランスジューサＡ１０から超音波信号が発射され、自ら受信した超音波受信信号のデジタル信号に対し、相互相関演算を行い相関値（以下、「第２相関値」という）を求める。そして、流速測定手段８０は、第２相関値から被測定流体ＦＬＤの流速（以下、「第２流速」という）を求める。なお、この第２流速は、測定管２内の被測定流体ＦＬＤの（第２）平均流速である。
【００１１】
切換判定手段７０は、伝搬時間差方式の超音波受信信号の強度または第１相関値が所定値より大きければ、切換回路２０を伝搬時間差方式の接続にし、所定値以下であれば、切換回路２０を反射相関方式の接続にして、いずれか一方の測定方式で流速を測定する。
【００１２】
なお、この所定値（以下、「測定方式切換値」という）は、超音波流量測定において、伝搬時間差方式による測定と反射相関方式による測定のうち、適している一方の測定方式に切換えるための閾値である。
【００１３】
すなわち、超音波反射体ＰＴが少ない場合には伝搬時間差方式による測定が適しており、この場合、伝搬する超音波信号の乱れが少なく超音波受信信号同士の波形は類似するので第１相関値は大きくなり、超音波受信信号の振幅などの強度も大きくなる。
【００１４】
また、超音波反射体ＰＴが多い場合には反射相関方式による測定が適しており、この場合、逆に第１相関値は小さくなり、超音波受信信号の強度も小さくなる。
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１８１２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
伝搬時間差方式で流量を測定する場合、第１流速に流量補正係数と測定管内径Ｄとを乗算して流量を求める。この流量補正係数は、経験的な値に基づくキビリスの式、ビルゲルの式などから算出された値である。
【００１７】
測定管２の製造条件の違いによって、測定管２の面粗さに個体差（違い）がある。また、測定管２の腐食や測定管２への付着などによって、測定管２の面粗さが流量測定中に変化することがある。しかしながら、流量補正係数には面粗さが反映されていないため、流量補正係数を用いて求めた伝搬時間差方式による流量は、面粗さの個体差や変化によって誤差が発生する問題がある。
【００１８】
また、この誤差によって、伝搬時間差方式と反射相関方式とが相互に切換えられた際、流量出力が変化（シフト）する問題がある。
【００１９】
本発明の目的は、面粗さに対応した、より正確な流量補正係数を求め、これを用いて高精度な流量測定を行う超音波流量計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
一方の超音波トランスデューサから他方の超音波トランスデューサへ測定管内の被測定流体を伝搬した超音波信号の第１相関値またはこの伝搬した超音波信号の強度に応じて、前記第１相関値に基づく前記被測定流体の第１流速の測定または超音波反射体によって反射された超音波信号の第２相関値に基づく第２流速の測定のいずれか一方を行う超音波流量計において、
測定された前記第１および第２流速の比率に基づく前記測定管の面粗さ係数から流量補正係数を求める流量補正係数決定手段と、
この流量補正係数決定手段の流量補正係数と前記第１流速とを用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段と、
を備えたこと特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記流量補正係数決定手段は、
前記第１または第２流速から求めた第１レイノルズ数と、前記第２流速を前記第１流速で除算した除算結果とに基づいて前記面粗さ係数を求める面粗さ係数算出手段と、
この面粗さ係数算出手段の面粗さ係数と、前記第１流速から求めた第２レイノルズ数とに基づいて前記流量補正係数を求める流量補正係数算出手段と、
を備えたこと特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記面粗さ係数算出手段は、前記除算結果から前記測定管の第１管摩擦係数を求め、この第１管摩擦係数と前記第１レイノルズ数とから前記面粗さ係数を求める、
前記流量補正係数算出手段は、前記第２レイノルズ数と前記面粗さ係数とから前記測定管の第２管摩擦係数を求め、この第２管摩擦係数から前記流量補正係数を求める、
ことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記面粗さ係数は前記測定管の面粗さ値と前記測定管の内径との比率であり、前記面粗さ係数算出手段はコールブルックの式を用いて前記面粗さ係数を求めることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、
予め前記流量補正係数決定手段によって求めた流量補正係数を記憶する記憶手段を備え、
前記流量算出手段は前記記憶手段の流量補正係数を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、流量補正係数決定手段が、第１および第２流速の比率に基づいて測定管の面粗さ係数を求め、この面粗さ係数から流量補正係数を求めることによって、面粗さに対応した、より正確な流量補正係数を求めることができる。
【００２２】
さらに、流量算出手段が、この流量補正係数を用いて流量を求めることによって、伝搬時間差方式による流量の誤差の発生を抑制することができ、高精度な流量測定を行うことができる。
【００２３】
また、誤差の発生を抑制することができるため、伝搬時間差方式と反射相関方式とが相互に切換えられた際、流量出力の変化（シフト）を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る実施例について図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る超音波流量計１００の構成図であり、図３（背景技術）と同一の構成要素は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２５】
図１において、超音波流量計１００は、超音波トランスジューサＡ１０、超音波トランスジューサＢ１１、切換回路２０、送信回路３０、受信回路４０、Ａ／Ｄ変換回路５０、相関演算手段６０、切換判定手段７０および流速測定手段８０を備えており、これらの構成および動作は背景技術と同様である。
【００２６】
これらの構成に加えて、本実施例に係る超音波流量計１００は、流量補正係数決定手段１１０、流量算出手段１２０および記憶手段１３０を備える。なお、流量補正係数決定手段１１０は、第１管摩擦係数算出手段１１２を有する面粗さ係数算出手段１１１および第２管摩擦係数算出手段１１６を有する流量補正係数算出手段１１５を備える。
【００２７】
流量補正係数決定手段１１０は、流速測定手段８０から第１流速および第２流速を受け取り、求めた流量補正係数を流量算出手段１２０および記憶手段１３０へ出力する。
【００２８】
面粗さ係数算出手段１１１は、第１流速および第２流速を受け取り、求めた面粗さ係数を流量補正係数算出手段１１５へ出力する。なお、第１管摩擦係数算出手段１１２は、面粗さ係数算出手段１１１で用いる測定管２の第１管摩擦係数を算出する。
【００２９】
流量補正係数算出手段１１５は、第１流速および面粗さ係数を受け取り、求めた流量補正係数を流量算出手段１２０および記憶手段１３０へ出力する。なお、第２管摩擦係数算出手段１１６は、流量補正係数算出手段１１５で用いる測定管２の第２管摩擦係数を算出する。
【００３０】
流量算出手段１２０は、流量補正係数決定手段１１０または記憶手段１３０から流量補正係数、および流速測定手段８０から第１流速を受け取り、求めた被測定流体ＦＬＤの流量を外部へ出力し、表示手段（図示しない）に表示させる。また、記憶手段１３０は、受け取った流量補正係数を記憶し、記憶した流量補正係数を流量算出手段１２０へ出力する。
【００３１】
つぎに、図２の動作フローチャート図を用いて、本実施例の特徴である流量補正係数決定手段１１０の動作を中心に説明する。なお、第１および第２相関値をＳｋ１、Ｓｋ２、第１および第２流速をＶ１、Ｖ２、第１および第２管摩擦係数をｆｒ１、ｆｒ２、第１および第２レイノルズ数をＲｅ１、Ｒｅ２、面粗さ係数をｒｐ、流量補正係数をＣｏｒと表す。
【００３２】
図２において、切換回路２０を伝搬時間差方式の接続にして、相関演算手段６０は第１相関値Ｓｋ１を求め、流速測定手段８０は第１流速Ｖ１を求める（ステップＳ１０）。その後、切換回路２０を反射相関方式の接続にして、相関演算手段６０は第２相関値Ｓｋ２を求め、流速測定手段８０は第２流速Ｖ２を求める（ステップＳ２０）。
【００３３】
以下に、流量補正係数決定手段１１０による流量補正係数決定処理Ｐ１の概要を説明する。流量補正係数決定処理Ｐ１は、ステップＳ３０、Ｓ４０、面粗さ係数算出手段１１１による面粗さ係数算出処理Ｐ１ａおよび流量補正係数算出手段１１５による流量補正係数算出処理Ｐ１ｂから構成される。そして、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａはステップＳ５０〜Ｓ７０、流量補正係数算出処理Ｐ１ｂはステップＳ８０〜Ｓ１００から構成される。
【００３４】
流量補正係数決定処理Ｐ１のステップＳ４０以降は、伝搬時間差方式および反射相関方式による測定が可能な状態において行われることが好ましい。このため、第１相関値Ｓｋ１が第１所定値以上または第１所定値より大きく、かつ、第２相関値Ｓｋ２が第２所定値以上または第２所定値より大きい場合（ステップＳ３０の「はい」）、ステップＳ４０に移行する。そうではない場合（ステップＳ３０の「いいえ」）、測定を終了する。
【００３５】
なお、第１所定値は、伝搬時間差方式による測定が可能であり適切に動作していることを判別するための閾値である。第２所定値は、反射相関方式による測定が可能であり適切に動作していることを判別するための閾値である。
【００３６】
ステップＳ４０に移行後、流量補正係数決定手段１１０は、第１流速Ｖ１と第２流速Ｖ２との比率（以下、「流速比率」という）を求める（ステップＳ４０）。
【００３７】
その後、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａを行って流速比率に基づく面粗さ係数ｒｐを求め、流量補正係数算出処理Ｐ１ｂを行って面粗さ係数ｒｐから流量補正係数Ｃｏｒを求める。
【００３８】
詳しくは、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａにおいて、面粗さ係数算出手段１１１は、第１流速Ｖ１または第２流速Ｖ２から求めた第１レイノルズ数Ｒｅ１を求め（ステップＳ６０）、第１レイノルズ数Ｒｅ１と流速比率（第２流速Ｖ２を第１流速Ｖ１で除算した除算結果）とに基づいて面粗さ係数ｒｐを求める（ステップＳ７０）。
【００３９】
また、流量補正係数算出処理Ｐ１ｂにおいて、流量補正係数算出手段１１５は、第１流速Ｖ１から第２レイノルズ数Ｒｅ２を求め（ステップＳ８０）、第２レイノルズ数Ｒｅと面粗さ係数ｒｐとに基づいて流量補正係数Ｃｏｒを求める（ステップＳ１００）。
【００４０】
以上、流量補正係数決定処理Ｐ１、面粗さ係数算出処理Ｐ１ａおよび流量補正係数算出処理Ｐ１ｂの概要を説明したが、つぎに、式を用いてさらに詳細に説明する。
【００４１】
伝搬時間差方式および反射相関方式より求められる被測定流体ＦＬＤの流速の速度分布ｖ（ｙ）は、下記式（１）の対数速度分布の式によって求められる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
式（１）において、ｙは測定管２内部の中心から半径方向の座標、ｖｍａｘは最大流速、ｖｔは摩擦速度、ｋｒはカルマン定数、ａは測定管２内部の半径を表す。
【００４４】
ステップＳ１０において、第１流速Ｖ１は、式（１）のｖ（ｙ）を下記式（２）に代入して求められる。第１流速Ｖ１は、流速分布ｖ（ｙ）をｙで積分して、ａで除算したものである（流速分布の平均値に相当）。
【００４５】
【数２】
【００４６】
ステップＳ２０において、第２流速Ｖ２は、式（１）のｖ（ｙ）を下記式（３）に代入して求められる。第２流速Ｖ２は、流速分布ｖ（ｙ）をｙで積分したもの（流量に相当）を、測定管２内部の断面積で除算したものである。
【００４７】
【数３】
【００４８】
管摩擦係数をｆｒとすると、ｖｍａｘ（最大流速）は下記式（４）によって求められる。
【００４９】
【数４】
【００５０】
また、ｖｔ（摩擦速度）は下記式（５）によって求められる。
【００５１】
【数５】
【００５２】
なお、式（１）は対数速度分布の式であるが、指数速度分布などの他の速度分布を用いてもよい。
【００５３】
ステップＳ３０は前述したので説明を省略する。ステップＳ４０において、流量補正係数決定手段１１０は流速比率、すなわち第２流速Ｖ２を第１流速Ｖ１で除算した除算結果Ｋを、式（１）〜（５）を用いて、下記式（６）によって求めることができる。
【００５４】
【数６】
【００５５】
ここで、カルマン定数ｋｒを０．４とすると、式（６）は下記式（７）となる。
【００５６】
【数７】
【００５７】
ステップＳ５０において、面粗さ係数算出手段１１１の第１管摩擦係数算出手段１１２は、除算結果Ｋから第１管摩擦係数ｆｒ１を求める。すなわち、式（７）のＫに除算結果Ｋを代入して管摩擦係数ｆｒを求め、これを第１管摩擦係数ｆｒ１とする。
【００５８】
ステップＳ６０において、面粗さ係数算出手段１１１は、第１流速Ｖ１または第２流速Ｖ２から第１レイノルズ数Ｒｅ１を求める。
【００５９】
ステップＳ７０において、面粗さ係数算出手段１１１は、例えば、下記式（８）のコールブルック（ＣｏｌｅＢｌｏｏｋ）の式を用いて、面粗さ係数ｒｐを求める。すなわち、式（８）において、ｆｒに第１管摩擦係数ｆｒ１を、Ｒｅに第１レイノルズ数Ｒｅ１を代入して面粗さ係数ｒｐを求める。
【００６０】
【数８】
【００６１】
コールブルックの式を用いる場合、面粗さ係数ｒｐは、測定管２の面粗さ値ｅと測定管内径（直径）Ｄとの比率、すなわちｒｐ＝ｅ／Ｄである。
【００６２】
ステップＳ８０において、流量補正係数算出手段１１５は、第１流速Ｖ１から第２レイノルズ数Ｒｅ２を求める。
【００６３】
ステップＳ９０において、流量補正係数算出手段１１５の第２管摩擦係数算出手段１１６は、第２レイノルズ数Ｒｅ２と面粗さ係数ｒｐとから第２管摩擦係数ｆｒ２を求める。すなわち、式（８）のＲｅに第２レイノルズ数Ｒｅ２を、ｒｐに面粗さ係数ｒｐを代入して管摩擦係数ｆｒを求め、これを第２管摩擦係数ｆｒ２とする。
【００６４】
なお、流量補正係数Ｃｏｒは、式（７）の流速比率（除算結果Ｋ）に相当する。このため、ステップＳ１００において、流量補正係数算出手段１１５は、式（７）を用いて、第２管摩擦係数ｆｒ２から流量補正係数Ｃｏｒ（Ｋ）を求める。すなわち、式（７）のｆｒに第２管摩擦係数ｆｒ２を代入して流量補正係数Ｃｏｒ（Ｋ）を求める。以上が、流量補正係数決定処理Ｐ１の詳細説明である。
【００６５】
つぎに、ステップＳ１１０において、第１相関値Ｓｋ１または伝搬時間差方式の超音波受信信号の強度が、測定方式切換値より大きいかどうかを判断する。
【００６６】
大きい場合（ステップＳ１１０の「はい」）、伝搬時間差方式による測定が適しているので、流量算出処理Ｐ２のうちのステップＳ１２０へ移行し、流量算出手段１２０は、流量補正係数Ｃｏｒと第１流速Ｖ１とを用いて被測定流体ＦＬＤの流量を求める。すなわち、流量補正係数Ｃｏｒと第１流速Ｖ１と測定管２内部の断面積とを乗算して流量を求めることができる。
【００６７】
小さい場合（ステップＳ１１０の「いいえ」）、反射相関方式による測定が適しているので、流量算出処理Ｐ２のうちのステップＳ１３０へ移行し、流量算出手段１２０は、第２流速Ｖ２と測定管２内部の断面積とを乗算して流量を求めることができる。
【００６８】
本実施例によれば、流量補正係数決定手段１１０が、第１流速Ｖ１と第２流速Ｖ２との比率Ｋに基づいて測定管２の面粗さ係数ｒｐを求め（図２のステップＳ７０）、この面粗さ係数ｒｐから流量補正係数Ｃｏｒを求めることによって（ステップＳ１００）、面粗さに対応した、より正確な流量補正係数Ｃｏｒを求めことができる。
【００６９】
さらに、流量算出手段１２０が、この流量補正係数Ｃｏｒを用いて流量を求めることによって（ステップＳ１２０）、伝搬時間差方式による流量の誤差の発生を抑制することができ、高精度な流量測定を行うことができる。
【００７０】
また、誤差の発生を抑制することができるため、伝搬時間差方式と反射相関方式とが相互に切換えられた際、流量出力の変化（シフト）を抑制することができる。
【００７１】
また、
（１）流量補正係数算出手段１１５が、第１流速Ｖ１から第２レイノルズ数Ｒｅ２を求め（ステップＳ８０）、第２レイノルズ数Ｒｅ２と面粗さ係数ｒｐとに基づいて流量補正係数Ｃｏｒを求める（ステップＳ１００）、すなわち、第１流速Ｖ１（伝搬時間差方式による流速）が反映した第２レイノルズ数Ｒｅ２を用いて流量補正係数Ｃｏｒを求めるので、第１流速Ｖ１が変化した場合でも、この変化に応答した、さらに正確な流量補正係数Ｃｏｒを求めことができる。
【００７２】
（２）面粗さ係数算出手段１１１は、式（８）のコールブルックの式を用いて、面粗さ係数ｒｐを求めることができる（ステップＳ７０）。この場合、面粗さ係数ｒｐは、測定管２の面粗さ値ｅと測定管内径（直径）Ｄとの比率（ｒｐ＝ｅ／Ｄ）であり無次元の量なので、第１管摩擦係数算出手段１１２によって求めた無次元の量である第１管摩擦係数ｆｒ１を式（８）で用いることができる。
【００７３】
以上の実施例のほかに、記憶手段１３０を用いた例として、記憶手段１３０は、予め流量補正係数決定手段１１０によって求めた流量補正係数Ｃｏｒを受け取って記憶する。そして、流量算出手段１２０は、記憶された流量補正係数Ｃｏｒを記憶手段１３０から受け取り、流量補正係数Ｃｏｒと第１流速Ｖ１とを用いて被測定流体ＦＬＤの流量を求める（図２のステップＳ１２０）。
【００７４】
このように、記憶手段１３０が予め流量補正係数Ｃｏｒを記憶しておくことによって、流速測定のたびに、図２の流量補正係数決定処理Ｐ１を行う必要がなく、流量補正係数決定手段１１０の演算処理の負担を軽減することができる。
【００７５】
また、相関演算手段６０、切換判定手段７０、流速測定手段８０、流量補正係数決定手段１１０、面粗さ係数算出手段１１１、第１管摩擦係数算出手段１１２、流量補正係数算出手段１１５、第２管摩擦係数算出手段１１６および流量算出手段１２０は、プログラムを実行するＣＰＵなどのプロセッサによって実現されてもよく、論理回路などによって実現されてもよい。
【００７６】
なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含む。また、前述した各手段の組み合わせ以外の組み合わせを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明を適用した超音波流量計の構成図の例である。
【図２】図１の超音波流量計の動作フローチャート図の例である。
【図３】背景技術で示した超音波流量計の構成図の例である。
【符号の説明】
【００７８】
２ 測定管
１０ 超音波トランスジューサＡ
１１ 超音波トランスジューサＢ
２０ 切換回路
３０ 送信回路
４０ 受信回路
５０ Ａ／Ｄ変換回路
６０ 相関演算手段
７０ 切換判定手段
８０ 流速測定手段
１００ 超音波流量計
１１０ 流量補正係数決定手段
１１１ 面粗さ係数算出手段
１１２ 第１管摩擦係数算出手段
１１５ 流量補正係数算出手段
１１６ 第２管摩擦係数算出手段
１２０ 流量算出手段
１３０ 記憶手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の超音波トランスデューサから他方の超音波トランスデューサへ測定管内の被測定流体を伝搬した超音波信号の第１相関値またはこの伝搬した超音波信号の強度に応じて、前記第１相関値に基づく前記被測定流体の第１流速の測定または超音波反射体によって反射された超音波信号の第２相関値に基づく第２流速の測定のいずれか一方を行う超音波流量計において、
測定された前記第１および第２流速の比率に基づく前記測定管の面粗さ係数から流量補正係数を求める流量補正係数決定手段と、
この流量補正係数決定手段の流量補正係数と前記第１流速とを用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段と、
を備えたこと特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記流量補正係数決定手段は、
前記第１または第２流速から求めた第１レイノルズ数と、前記第２流速を前記第１流速で除算した除算結果とに基づいて前記面粗さ係数を求める面粗さ係数算出手段と、
この面粗さ係数算出手段の面粗さ係数と、前記第１流速から求めた第２レイノルズ数とに基づいて前記流量補正係数を求める流量補正係数算出手段と、
を備えたこと特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記面粗さ係数算出手段は、前記除算結果から前記測定管の第１管摩擦係数を求め、この第１管摩擦係数と前記第１レイノルズ数とから前記面粗さ係数を求める、
前記流量補正係数算出手段は、前記第２レイノルズ数と前記面粗さ係数とから前記測定管の第２管摩擦係数を求め、この第２管摩擦係数から前記流量補正係数を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記面粗さ係数は前記測定管の面粗さ値と前記測定管の内径との比率であり、前記面粗さ係数算出手段はコールブルックの式を用いて前記面粗さ係数を求めることを特徴とする請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
予め前記流量補正係数決定手段によって求めた流量補正係数を記憶する記憶手段を備え、
前記流量算出手段は前記記憶手段の流量補正係数を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波流量計。
【請求項１】
一方の超音波トランスデューサから他方の超音波トランスデューサへ測定管内の被測定流体を伝搬した超音波信号の第１相関値またはこの伝搬した超音波信号の強度に応じて、前記第１相関値に基づく前記被測定流体の第１流速の測定または超音波反射体によって反射された超音波信号の第２相関値に基づく第２流速の測定のいずれか一方を行う超音波流量計において、
測定された前記第１および第２流速の比率に基づく前記測定管の面粗さ係数から流量補正係数を求める流量補正係数決定手段と、
この流量補正係数決定手段の流量補正係数と前記第１流速とを用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段と、
を備えたこと特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記流量補正係数決定手段は、
前記第１または第２流速から求めた第１レイノルズ数と、前記第２流速を前記第１流速で除算した除算結果とに基づいて前記面粗さ係数を求める面粗さ係数算出手段と、
この面粗さ係数算出手段の面粗さ係数と、前記第１流速から求めた第２レイノルズ数とに基づいて前記流量補正係数を求める流量補正係数算出手段と、
を備えたこと特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記面粗さ係数算出手段は、前記除算結果から前記測定管の第１管摩擦係数を求め、この第１管摩擦係数と前記第１レイノルズ数とから前記面粗さ係数を求める、
前記流量補正係数算出手段は、前記第２レイノルズ数と前記面粗さ係数とから前記測定管の第２管摩擦係数を求め、この第２管摩擦係数から前記流量補正係数を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記面粗さ係数は前記測定管の面粗さ値と前記測定管の内径との比率であり、前記面粗さ係数算出手段はコールブルックの式を用いて前記面粗さ係数を求めることを特徴とする請求項３に記載の超音波流量計。
【請求項５】
予め前記流量補正係数決定手段によって求めた流量補正係数を記憶する記憶手段を備え、
前記流量算出手段は前記記憶手段の流量補正係数を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１０１７６７（Ｐ２０１０−１０１７６７Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７３７８８（Ｐ２００８−２７３７８８）
【出願日】平成２０年１０月２４日（２００８．１０．２４）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２４日（２００８．１０．２４）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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