[发明专利]多普勒式超声波流量计及超声波流量计测方法

说明书

本申请是分案申请，母案的申请号为03817870.2，母案的申请日为2003年6月3日，发明名称为″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″

技术领域

本发明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。

背景技术

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

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″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，本发明要解决的课题是，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。