專利名稱：多普勒式超聲波流量計(jì)及超聲波流量計(jì)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用超聲波脈沖測量流體的速度分布及流量的多普勒式超聲波流量計(jì)、利用多普勒式超聲波流量計(jì)進(jìn)行的流量計(jì)測方法及其流量計(jì)測程序，特別涉及能夠非接觸測量各種流體的流速分布及流量的多普勒式超聲波流量計(jì)、利用該多普勒式超聲波流量計(jì)進(jìn)行的流量計(jì)測方法及在該流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
背景技術(shù)：
作為利用超聲波脈沖的多普勒效應(yīng)的多普勒式超聲波流量計(jì)，有在特開2000-97742號公報(bào)中所公示的技術(shù)。
該多普勒式超聲波流量計(jì)是如下的裝置將超聲波脈沖從換能器向流體配管內(nèi)的測量線發(fā)射，對來自在流體配管內(nèi)流動的流體內(nèi)的懸浮微粒子的反射波即超聲波回波信號進(jìn)行解析，根據(jù)懸浮微粒子的位置和速度來求得流體沿著測量線的流速分布及流量。測量線由從換能器發(fā)射的超聲波脈沖的波束形成。
多普勒式超聲波流量計(jì)有下列優(yōu)點(diǎn)能夠適用于不透明流體及不透明流體配管內(nèi)，能夠非接觸測量在流體配管內(nèi)流動的流體，能夠以沿著測量線的線測量來測量流體配管內(nèi)的流速分布及流量，另一方面，既能夠應(yīng)用于不透明流體的流速分布及流量測量，又能夠用于水銀或鈉等液體金屬的流動測量。
利用多普勒式超聲波流量計(jì)，由于能得到從換能器發(fā)射到流體內(nèi)的超聲波脈沖的測量線上的流速分布的時(shí)效變化，所以希望有在流體配管內(nèi)流動的流體的過渡流或紊流場中的流體流速分布及流量計(jì)測等方向的應(yīng)用。
在特開2000-97742號公報(bào)中記述了上述超聲波流速分布及流量計(jì)的一個示例。(例如參照特許文獻(xiàn)1)。
特許文獻(xiàn)1特開2000-97742號公報(bào)以前的多普勒式超聲波流量計(jì)以存在由被測流體內(nèi)所含有的氣泡或固體反射的超聲波回波為前提。因而，在被測流體的流動極不穩(wěn)定的情況下，有時(shí)會因氣泡的密度差等而使流速分布的測量值中產(chǎn)生偏差。此外，由于在流量的計(jì)測中使用流速分布的測量值，所以在流速分布產(chǎn)生偏差時(shí)，也對流量的運(yùn)算產(chǎn)生影響，流量的測量值也會產(chǎn)生偏差。
進(jìn)而，以前的多普勒式超聲波流量計(jì)，從與用來確保瞬時(shí)地運(yùn)算并計(jì)測短時(shí)間內(nèi)變化的流量即響應(yīng)性的硬件能力的關(guān)系出發(fā)，最多接收128處的超聲波回波，但該超聲波回波測量點(diǎn)的間隔(以下，稱為通道距離)的最小值為被測流體中的超聲波速度Cw除以超聲波脈沖的基本頻率f0的2倍的值。
因而，能夠由該多普勒式超聲波流量計(jì)計(jì)測的最長距離，為最小通道距離乘以測量通道數(shù)的值，在此，為最小通道距離的128倍的距離，在流體配管的配管直徑較大的情況下，有時(shí)得不到配管內(nèi)所有區(qū)域的流速分布。
進(jìn)而，由于被測流體中的超聲波速度Cw、超聲波脈沖的基本頻率f0、超聲波脈沖的入射角度α等的用來進(jìn)行最合適的測量的設(shè)定值因被測流體的種類、配管的厚度及材質(zhì)等而不同，所以需要進(jìn)行預(yù)備測量、即將這些設(shè)定值配合測量對象而求出最合適的值，而準(zhǔn)備進(jìn)行測量需要費(fèi)一些工夫，導(dǎo)致現(xiàn)狀是不能充分發(fā)揮即使沒有″數(shù)”也能夠進(jìn)行誤差較小的測量的特性。
另一方面，也可以設(shè)計(jì)備有配合測量對象及可計(jì)測的范圍的多種硬件的、例如根據(jù)管徑的大小及最大流速的范圍而備有多種硬件的多普勒式超聲波流量計(jì)，但從設(shè)計(jì)及成本的觀點(diǎn)來說并不優(yōu)選。
此外，雖然通過增加可計(jì)測部位的上限能夠延長可計(jì)測的距離，但從計(jì)測短時(shí)間內(nèi)變化的流量的響應(yīng)性的觀點(diǎn)來說，受到硬件的性能、經(jīng)濟(jì)方面的限制。假設(shè)即使能夠突破硬件的性能、經(jīng)濟(jì)方面的限度，對于現(xiàn)在可計(jì)測的范圍來說過于專門化，并不優(yōu)選。
另一方面，以前的多普勒式超聲波流量計(jì)構(gòu)成為，即使存在部分的逆流即流速為負(fù)值的液流也能夠進(jìn)行計(jì)測，但在現(xiàn)實(shí)的計(jì)測中，在流速較快的液流中，即使部分存在逆流的概率也極低。因而，如果做成以不存在逆流為前提的流量計(jì)，則有可能擴(kuò)大可測量的速度范圍，但此時(shí)，卻存在沒有用來確認(rèn)不存在逆流的機(jī)構(gòu)的問題。
所以，本發(fā)明要解決的課題是，提供一種即使在流速分布的測量值中發(fā)生偏差的情況下，也能夠進(jìn)行更正確的流速分布計(jì)測或流量計(jì)測的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
此外，要解決的另一個課題是，提供一種能夠根據(jù)伴隨測量對象的變量而自動地計(jì)算要調(diào)整到的最合適值并使用的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
進(jìn)而，要解決的另外一個課題是，提供一種不受硬件的限制而能夠比以前擴(kuò)大可計(jì)測的范圍的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
還有，要解決的另外一個課題是，提供一種能夠判斷是否存在流速為負(fù)值的流動、并在不存在負(fù)值的情況下能夠擴(kuò)大可測量的速度范圍的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，如技術(shù)方案1所述，本發(fā)明提供一種多普勒式超聲波流量計(jì)，其特征在于，具備超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)，用來使所需振蕩頻率的超聲波脈沖從超聲波換能器沿著測量線向流體配管內(nèi)的被測流體中入射；流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來接收入射到被測流體中的超聲波脈沖中被從測量區(qū)域反射的超聲波回波，并測量測量區(qū)域中的被測流體的流速分布；流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來基于上述被測流體的流速分布，運(yùn)算上述測量區(qū)域中的被測流體的流量；流速分布輸出機(jī)構(gòu)，用來將測量區(qū)域中的被測流體的速度分布按照與測量線的距離方向的關(guān)系畫面輸出；流速零點(diǎn)顯示機(jī)構(gòu)，用來將流速的零點(diǎn)連續(xù)地顯示在該流速分布輸出機(jī)構(gòu)所輸出的流速分布上；和流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)，根據(jù)選擇而對流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)將正流速的流速計(jì)測范圍變成2倍；構(gòu)成為，在向該流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)輸入了流速計(jì)測范圍的切換請求時(shí)，上述流速分布輸出機(jī)構(gòu)僅輸出正的流速分布，并且上述流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)基于變成2倍的可測量速度范圍來測量流速分布。
為了解決上述課題，如技術(shù)方案2所述，本發(fā)明提供一種多普勒式超聲波流量計(jì)，其特征在于，具備超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)，用來使所需振蕩頻率的超聲波脈沖從超聲波換能器沿著測量線向流體配管內(nèi)的被測流體中入射；流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來接收入射到被測流體中的超聲波脈沖中被從測量區(qū)域反射的超聲波回波，并測量測量區(qū)域中的被測流體的流速分布；流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來基于上述被測流體的流速分布，運(yùn)算上述測量區(qū)域中的被測流體的流量；正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)，用來判斷在測量區(qū)域的被測流體的流速分布中是否存在負(fù)值；和流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)，用來在判斷為不存在負(fù)值的情況下，對上述流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)將正流速的測量范圍變?yōu)?倍；流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)構(gòu)成為，基于變成2倍的可測量速度范圍來測量流速分布。
為了解決上述課題，如技術(shù)方案3所述，本發(fā)明提供一種超聲波流量計(jì)測方法，其特征在于，包括反射體群速度計(jì)算過程，將超聲波脈沖入射到被測流體中，接收超聲波回波并計(jì)算混入在上述被測流體中的多個反射體群的速度；流速分布計(jì)測處理過程，根據(jù)在該反射體群速度計(jì)算過程中得到的上述反射體的速度分布數(shù)據(jù)計(jì)測上述被測流體的流速分布；流速分布輸出過程，按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系畫面輸出被測流體的流速分布；速度零線顯示過程，將流速零線重疊在在該流速分布輸出過程中畫面輸出的流速分布上顯示；流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程，對是否切換流速計(jì)測范圍進(jìn)行確認(rèn)；流速計(jì)測范圍切換過程，在該流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程中有流速計(jì)測范圍的切換請求的情況下，將正流速的流速計(jì)測范圍變?yōu)?倍；和流量計(jì)測處理過程，對上述被測流體的速度分布數(shù)據(jù)再進(jìn)行運(yùn)算處理來計(jì)測流量。
為了解決上述課題，如技術(shù)方案4所述，本發(fā)明提供一種超聲波流量計(jì)測方法，其特征在于，包括反射體群速度計(jì)算過程，將超聲波脈沖入射到被測流體中，接收超聲波回波并計(jì)算混入在上述被測流體中的多個反射體群的速度；流速分布計(jì)測處理過程，根據(jù)在該反射體群速度計(jì)算過程中得到的上述反射體的速度分布數(shù)據(jù)計(jì)測上述被測流體的流速分布；流速范圍切換判斷過程，判斷是否進(jìn)行流速計(jì)測范圍的切換；流速分布輸出過程，按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系畫面輸出被測流體的流速分布；速度零線顯示過程，將流速零線重疊在在該流速分布輸出過程中畫面輸出的流速分布上顯示；流速計(jì)測范圍切換過程，在該流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程中有流速計(jì)測范圍的切換請求的情況下，將正流速的流速計(jì)測范圍變?yōu)?倍；和流量計(jì)測處理過程，對上述被測流體的速度分布數(shù)據(jù)再進(jìn)行運(yùn)算處理來計(jì)測流量。


圖1是概示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的構(gòu)成的概況圖。
圖2是表示本發(fā)明所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)所具備的計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成概況的概況圖。
圖3是概示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的構(gòu)成的概況圖。
圖4是說明在本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)中、利用多普勒頻率計(jì)算超聲波入射角度方向的速度成分的概要的說明圖。
圖5是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的測量原理的原理圖。
圖6是本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的信號處理方框圖。
圖7是本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖8是按處理流程說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
圖9是概示在進(jìn)行計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群的分割區(qū)域指定時(shí)在顯示監(jiān)視器上顯示的流速分布的一例的概況圖。
圖10是本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖11是按處理流程說明本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
圖12是本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖13是說明通過本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)測時(shí)是否能夠使測量最合適化的圖，是在橫軸上設(shè)定歸一化速度V*、在縱軸上設(shè)定歸一化頻率F*，來表示能夠使測量最合適化的區(qū)域和不能最合適化的區(qū)域的說明圖。
圖14是說明通過本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)測時(shí)是否能夠使測量最合適化的圖，是在橫軸上設(shè)定Cw/Di的對數(shù)、在縱軸上設(shè)定重復(fù)頻率(fPRF)的對數(shù)，來表示能夠使測量最合適化的區(qū)域和不能最合適化的區(qū)域的說明圖。
圖15是說明通過本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)測時(shí)是否能夠使測量最合適化的圖，是表示關(guān)于代表性的配管的種類和其區(qū)域、能夠使測量最合適化的區(qū)域和不能最合適化的區(qū)域的說明圖。
圖16是按處理流程說明本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
圖17是本發(fā)明的第7實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖18是按處理流程說明本發(fā)明的第7實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
圖19是本發(fā)明的第8實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖20是按處理流程說明本發(fā)明的第8實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
圖21是概示在本發(fā)明的第8實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的可計(jì)測范圍顯示過程中，在顯示監(jiān)視器上顯示的畫面的一例的說明圖。
圖22是本發(fā)明的第9實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖23是按處理流程說明本發(fā)明的第9實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
圖24是本發(fā)明的第10實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖25(A)、圖25(B)是表示本發(fā)明的第10實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的流速分布輸出機(jī)構(gòu)將從流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)輸出的被測流體的流速分布數(shù)據(jù)，以與測量線ML的距離方向的關(guān)系顯示在顯示監(jiān)視器上的顯示畫面的一例的圖。
圖26是按處理流程說明本發(fā)明的第10實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
圖27是本發(fā)明的第11實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的功能方框圖。
圖28是按處理流程說明本發(fā)明的第11實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的超聲波流量計(jì)測流程的說明圖。
10、10A、10B、10C、10D、10E...多普勒式超聲波流量計(jì)11...流體配管12...被測流體13...超聲波流速分布計(jì)測單元(Udflow單元)14...計(jì)算機(jī)15...信號傳送電纜17...超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)18...流速分布數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)19...頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)20...超聲波換能器21...振蕩用放大器23...振蕩器(振動器)24...發(fā)射器25...超聲波反射體(反射體)27...反射波接收器28...增幅器29...A/D轉(zhuǎn)換器
30...速度分布數(shù)據(jù)取得裝置31...振蕩頻率改變機(jī)構(gòu)32...基本頻率區(qū)域設(shè)定機(jī)構(gòu)33...反射波強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)35...運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)36...存儲器37...記錄機(jī)構(gòu)38...輸入機(jī)構(gòu)39...顯示監(jiān)視器40...I/F機(jī)構(gòu)41、41A、41B、41C、41D、41E、41F、41G、41H...流量計(jì)測PG43...接觸介質(zhì)50、50A...多普勒式超聲波流量計(jì)51...入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)52...入射角改變機(jī)構(gòu)53...入射角區(qū)域設(shè)定機(jī)構(gòu)54...入射角強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)56...步進(jìn)馬達(dá)60...多普勒式超聲波流量計(jì)61...超聲波換能器移動機(jī)構(gòu)62...速度矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)63...流速矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)67、67A...流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)68...流量計(jì)算機(jī)構(gòu)70...流速分布計(jì)算部71...中央位置檢測部72...區(qū)域選擇部73...中央線74...區(qū)域選擇75...自動區(qū)域選擇部77、77A...最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)
78...數(shù)據(jù)輸入部79...最大流速計(jì)算部80...歸一化速度計(jì)算部81...歸一化頻率計(jì)算部82...頻率設(shè)定部84...入射角度設(shè)定部87...通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)88...可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)89...通道距離變更決定機(jī)構(gòu)91...可計(jì)測范圍92...流速分布顯示部93...通道距離變更·決定確認(rèn)顯示94...通道距離變更窗口95...上下指針鍵97...通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)99...流速分布輸出機(jī)構(gòu)100...流速零點(diǎn)顯示機(jī)構(gòu)101...流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)103...流速零線104...流速范圍切換106...正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)107...流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)具體實(shí)施方式
下面參照

本發(fā)明所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的實(shí)施方式。
第1實(shí)施方式圖1是概示本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的構(gòu)成例、即多普勒式超聲波流量計(jì)10的構(gòu)成的概況圖。
多普勒式超聲波流量計(jì)10構(gòu)成為，能夠測量在流體配管11內(nèi)流動的被測流體12(液體或氣體)的流速分布、并能夠隨著時(shí)間瞬時(shí)地測量流量。多普勒式超聲波流量計(jì)10具備超聲波流速分布計(jì)測單元(以下稱為Udflow單元)13，用來非接觸地測量在流體配管11內(nèi)流動的被測流體12的流速；和計(jì)算機(jī)14，用來對從該Udflow單元13輸出的電信號(數(shù)據(jù))進(jìn)行運(yùn)算處理，為了計(jì)測被測流體12的流量而對被測流體12的流速分布進(jìn)行運(yùn)算處理，并顯示可按時(shí)序顯示的運(yùn)算處理結(jié)果；Udflow單元13和計(jì)算機(jī)14通過信號傳送電纜15電連接。
Udflow單元13備有超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)17，用來沿著測量線ML向被測流體12發(fā)送所需頻率(基本頻率f0)的超聲波脈沖；流速分布數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)18，用來接收從入射到被測流體12中的超聲波脈沖的測量區(qū)域反射的超聲波回波，并得到測量區(qū)域中的被測流體12的速度分布來作為速度分布數(shù)據(jù)；頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19，用來自動地選擇能夠以最好的狀態(tài)來計(jì)測在流體配管11內(nèi)流動的被測流體12的流速分布或流量時(shí)的超聲波的頻率(以下，稱為最合適頻率)。
超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)17備有超聲波換能器20，用來振蕩產(chǎn)生所需頻率的超聲波脈沖；和振蕩用放大器21，作為使該超聲波換能器20振蕩的超聲波振蕩信號生成機(jī)構(gòu)。振蕩用放大器21具有振蕩器(振動器)23，用來產(chǎn)生所需的基本頻率f0的電信號；和發(fā)射器24，用來接收從該振蕩器23輸出的電信號，并每隔規(guī)定的時(shí)間間隔(1/Fprf)輸出脈沖狀的電信號(以下稱為超聲波振蕩信號)。
在進(jìn)行被測流體12的流速分布或流量計(jì)測時(shí)，從超聲波振蕩信號生成機(jī)構(gòu)即振蕩用放大器21向超聲波換能器20輸入所需的基本頻率f0的超聲波振蕩信號。如果輸入了脈沖狀的超聲波振蕩信號，則超聲波換能器20振蕩產(chǎn)生基本頻率f0的超聲波脈沖，并將所振蕩產(chǎn)生的超聲波脈沖沿著測量線ML向被測流體12方向入射。超聲波脈沖例如為脈沖寬度5mm左右、幾乎不發(fā)散的直進(jìn)型聲束。
超聲波換能器20既是超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)也是超聲波接收機(jī)構(gòu)。超聲波換能器20將入射的超聲波脈沖在被存在于測液體12中的多個超聲波反射體(以下只稱為反射體)25上反射的反射波即超聲波回波接收。在此，所謂反射體25，是指例如一致地包含于被測流體12中的氣泡、鋁粉末等微粒子、或與被測流體12聲阻抗不同的物質(zhì)，即異物。
超聲波換能器20所接收的超聲波回波被發(fā)送給Udflow單元13內(nèi)的反射波接收器27，發(fā)射波接收器27將超聲波回波轉(zhuǎn)換為電信號。被轉(zhuǎn)換成電信號的超聲波回波(以下稱為超聲波回波信號)被從反射波接收器27輸入到增幅器28，由放大器28進(jìn)行信號增幅后，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器29。
此外，將來自振蕩用放大器21的基本頻率f0的電信號(以下稱為基本頻率信號)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器29中，由A/D轉(zhuǎn)換器29將超聲波回波信號及基本頻率信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(以下稱為A/D轉(zhuǎn)換)。接著，將由A/D轉(zhuǎn)換器29數(shù)字化了的超聲波回波信號及基本頻率信號輸入到速度分布數(shù)據(jù)取得裝置30中。
速度分布數(shù)據(jù)取得裝置30具有用來進(jìn)行運(yùn)算處理的處理器，使用從A/D轉(zhuǎn)換器29得到的時(shí)序數(shù)據(jù)即數(shù)字超聲波回波信號和基本頻率信號，根據(jù)兩信號的頻率差來計(jì)測基于多普勒頻移的位置變化，計(jì)算混入在被測流體12中的多個反射體(以下稱為反射體群)25沿著測量線ML的速度。接著，以傾斜角α進(jìn)行校正，能夠計(jì)測流體配管11的橫截面上的反射體25的流速分布。
由于混入在被測流體12中的反射體群25的速度可以看作與被測流體12的流速相等，所以通過求得被測流體12中的發(fā)射體群25的速度，能夠求得被測流體12的流速。接著，將由運(yùn)算處理得到的反射體群25的速度數(shù)據(jù)從速度分布數(shù)據(jù)取得裝置30輸出，經(jīng)由信號傳送電纜15輸出給作為流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)14中。
計(jì)算機(jī)14對從速度分布數(shù)據(jù)取得裝置30接收的反射體群25的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，進(jìn)行計(jì)測被測流體12的速度分布、并在計(jì)算機(jī)14所備有的顯示機(jī)構(gòu)中顯示的流速分布計(jì)測處理過程。接著，進(jìn)行流量計(jì)測處理過程對得到的被測流體12的流速分布再進(jìn)行運(yùn)算處理而計(jì)測流量并顯示。
頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19備有振蕩頻率改變機(jī)構(gòu)31，用來將控制振蕩用放大器21的振蕩頻率的控制信號輸入到振蕩用放大器21中；基本頻率區(qū)域設(shè)定機(jī)構(gòu)32，用來使該振蕩頻率改變機(jī)構(gòu)31在預(yù)先指定的范圍內(nèi)、例如200kHz～4MHz的頻率區(qū)域內(nèi)動作；反射波接收器27，接收來自流體配管11內(nèi)的反射體25的反射波即超聲波回波、并轉(zhuǎn)換成超聲波回波信號而輸出；增幅器28，用來接收來自反射波接收器27的超聲波回波信號并進(jìn)行信號增幅；和反射波強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)33，用來提取從增幅器28輸出的超聲波回波信號的強(qiáng)度、并具有用來存儲所提取的信號強(qiáng)度的存儲器。
在頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19中，反射波強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)33及振蕩頻率改變機(jī)構(gòu)31等協(xié)同動作、反復(fù)進(jìn)行超聲波的振蕩頻率的提取選擇操作，輸出自動選擇設(shè)定最適合計(jì)測的超聲波的振蕩頻率的控制信號。接著，從頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19輸出的控制信號被反饋到振蕩用放大器21，在接收了控制信號的振蕩用放大器21中，自由且自動地選擇控制振蕩頻率。
此時(shí)，頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19例如構(gòu)成為，可自動地選擇作為基本頻率f0的最合適的頻率，而使超聲波換能器20振蕩出最合適頻率，所述基本頻率f0是對被測流體12所流過的流體配管11的管壁產(chǎn)生共振的透過現(xiàn)象的頻率。最適合頻率，是將使設(shè)定的超聲波脈沖的半波長的整數(shù)倍和被測流體12所流過的流體配管11的管厚相等的頻率自動選擇為最適合頻率。這是基于如下認(rèn)識當(dāng)流體配管11的壁厚為超聲波脈沖的半波長的整數(shù)倍時(shí)，超聲波的透過特性非常高。
圖2是表示計(jì)算機(jī)14的基本構(gòu)成概況的概況圖。計(jì)算機(jī)14備有執(zhí)行運(yùn)算處理的CPU、MPU等運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)35，進(jìn)行電子數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲的存儲器36，記錄并保存電子數(shù)據(jù)的記錄機(jī)構(gòu)37，計(jì)測者輸入指令的輸入機(jī)構(gòu)38，顯示運(yùn)算處理結(jié)果的顯示監(jiān)視器39，和進(jìn)行與外部機(jī)器的電連接的接口(以下省略為I/F)機(jī)構(gòu)40；在記錄機(jī)構(gòu)37中，保存有用來使運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)35執(zhí)行流速分布及流量的運(yùn)算處理操作(也包括隨之產(chǎn)生的運(yùn)算處理操作)的流量計(jì)測程序(以下將程序省略為PG)41。
在多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14執(zhí)行流量計(jì)測PG41，計(jì)算機(jī)14與流量計(jì)測PG41協(xié)同動作來進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程、或者流速分布計(jì)測處理過程及流量計(jì)測處理過程，將被測流體12的流速分布或流量計(jì)測結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)14的顯示監(jiān)視器39上。
另外，在圖1中，標(biāo)記43為能夠使從超聲波換能器20振蕩出的超聲波在流體配管11內(nèi)平穩(wěn)地振蕩的接觸介質(zhì)。接觸介質(zhì)43是為了使從超聲波換能器20振蕩產(chǎn)生后入射到流體配管11內(nèi)時(shí)的聲阻抗減小、使聲音轉(zhuǎn)接變得良好而設(shè)置的。
此外，多普勒式超聲波流量計(jì)10通過信號傳送電纜15將Udflow單元13和計(jì)算機(jī)14電連接，但Udflow單元13和計(jì)算機(jī)14也可以不是信號傳送電纜15那樣的有線連接，也可以無線連接。
進(jìn)而，在圖1所示的Udflow單元13中，也可以構(gòu)成為，反射波接收器27由超聲波換能器20裝備。進(jìn)而，速度分布數(shù)據(jù)取得裝置30設(shè)置在Udflow單元13內(nèi)，但并不一定要設(shè)置在Udflow單元13內(nèi)，也可以構(gòu)成為，通過軟件與計(jì)算機(jī)14協(xié)同動作而使計(jì)算機(jī)14發(fā)揮作為速度分布數(shù)據(jù)取得裝置30的功能。
根據(jù)如圖1所示那樣構(gòu)成的多普勒式超聲波流量計(jì)10，如果流體配管11的壁厚為超聲波半波長的整數(shù)倍，則通過共振效果，使流體配管11的界面處的超聲波透過率顯著增加，由于超聲波透過率增大的結(jié)果使來自被測流體12的反射體的反射波即超聲波回波信號增大，所以如果通過頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19將從超聲波換能器20振蕩出的超聲波脈沖的振蕩頻率、選擇為相對于流體配管11的壁厚最合適的基本頻率f0，則使超聲波線路(測量線ML方向的行進(jìn)線)中的衰減變小、使流體配管11的界面上的超聲波透過率增加，因此能夠得到足夠的反射波強(qiáng)度。
第2實(shí)施方式圖3是概示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的構(gòu)成例、即多普勒式超聲波流量計(jì)50的構(gòu)成的概況圖。
多普勒式超聲波流量計(jì)50是如下構(gòu)成的多普勒式超聲波流量計(jì)的構(gòu)成例提高反射波的S/N比，來代替選擇入射到流體配管11內(nèi)的超聲波脈沖的最合適頻率。
為提高反射波的S/N比，也可以使流體配管11的壁厚變化而產(chǎn)生共振的透過現(xiàn)象，但使流體配管11的壁厚變化實(shí)際上是不可能的。因而，在本構(gòu)成例中，采用了通過使超聲波換能器20的安裝角度變化、而使它具有與使流體配管11的壁厚變化等價(jià)的作用的方法。
在多普勒式超聲波流量計(jì)50中，由入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51對從超聲波換能器20振蕩出的超聲波脈沖的入射角度α進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定，自動地選擇適合于流體配管11的壁厚的超聲波的入射角度。此外，對于與第1實(shí)施方式所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10相同的構(gòu)成部位賦予相同的標(biāo)記而省略其說明。
圖3所示的多普勒式超聲波流量計(jì)50設(shè)置了入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51來代替頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19。
入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51備有超聲波換能器20，從外側(cè)可自如調(diào)節(jié)安裝角度地設(shè)在流體配管11上；入射角改變機(jī)構(gòu)52，可對從該超聲波換能器20振蕩出的超聲波脈沖的入射角度α進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定；入射角區(qū)域設(shè)定機(jī)構(gòu)53，用來使入射角改變機(jī)構(gòu)52可在預(yù)先指定的入射角區(qū)域的范圍內(nèi)、例如入射角度α為5度～45度的角度區(qū)域幅度的范圍內(nèi)變化地動作；和反射波強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)54，用來接收從上述流體配管11內(nèi)的測量區(qū)域反射的超聲波回波、提取并存儲超聲波回波的強(qiáng)度；由反射波強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)54提取、存儲的超聲波回波的強(qiáng)度被輸入給計(jì)算機(jī)14，在顯示監(jiān)視器39上顯示。
上述入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51使入射角改變機(jī)構(gòu)52在約5度～45度的范圍內(nèi)改變?nèi)肷浣嵌圈粒ㄟ^從該入射角改變機(jī)構(gòu)52輸出的信號，自動地調(diào)節(jié)設(shè)定超聲波換能器20的安裝角度而使其成為最合適的值。利用從入射角改變機(jī)構(gòu)52輸出的信號驅(qū)動例如步進(jìn)馬達(dá)56等安裝角改變調(diào)整機(jī)構(gòu)，改變自如地調(diào)節(jié)設(shè)定超聲波換能器20的安裝角度。
從超聲波換能器2 0振蕩出的超聲波的入射角度α，是在與流體配管11的管表面的垂直線或垂直面之間形成的角度。從超聲波換能器20振蕩出的超聲波脈沖的入射角度由入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51設(shè)定為最合適的角度，使得對流體配管11的壁厚產(chǎn)生共振的透過現(xiàn)象。
入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51根據(jù)來自入射角改變機(jī)構(gòu)52的輸出信號，使從超聲波換能器20振蕩出的超聲波脈沖的入射角度在約5度～45度左右的入射角的角度范圍內(nèi)變化，并通過反射波強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)54提取、存儲反射波強(qiáng)度。通過顯示監(jiān)視器39顯示由反射波強(qiáng)度提取機(jī)構(gòu)54存儲的反射波強(qiáng)度，另一方面，由入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51反復(fù)進(jìn)行超聲波脈沖的入射角度的提取選擇操作，自動地選擇、選定最合適的超聲波脈沖入射角度。
通過由入射角度調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51將從超聲波換能器20振蕩出的超聲波脈沖的入射角度調(diào)節(jié)設(shè)定為最合適角度，與使流體配管11的壁厚物理地變化等價(jià)，通過從超聲波換能器20振蕩出的超聲波脈沖能夠正確且高精度地測量在流體配管11內(nèi)流動的被測液體12的流速分布及流量。
如果改變從超聲波換能器20振蕩出的超聲波的入射角度(進(jìn)入角度)，則物質(zhì)內(nèi)的傳播距離即流體配管11內(nèi)的超聲波傳播距離發(fā)生變化。通過使超聲波傳播距離與超聲波半波長的整數(shù)倍一致，而對流體配管11的壁厚產(chǎn)生共振的透過現(xiàn)象，能夠確保足夠的反射波S/N比，從而能夠確保反射波即超聲波回波的強(qiáng)度。因而，能夠非接觸且高精度地測量在流體配管11內(nèi)流動的被測流體的流速分布或流量。
另外，在多普勒式超聲波流量計(jì)50中，表示了設(shè)置入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51來代替頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19的例子，但也可以構(gòu)成為，將頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19和入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51組合到一臺多普勒式超聲波流量計(jì)中。如果將頻率選擇設(shè)定機(jī)構(gòu)19和入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51組合裝備，則容易由多普勒式超聲波流量計(jì)自動地選擇設(shè)定最合適頻率及最合適入射角度。
圖1或圖3所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10、50，因?yàn)橐岳贸暡}沖和超聲波回波的多普勒頻移的流速分布的線測量法來測量被測流體的流量，所以為了提高測量精度，需要增加測量線ML的數(shù)量、及超聲波換能器20的設(shè)置臺數(shù)。
作為提高測量精度的一實(shí)施例，例如，也可以在配管11的周向上隔開所需的間隔而設(shè)置N個超聲波換能器20，使測量線ML相對于朝管壁的垂線傾斜角度α，將所有的測量線ML設(shè)置為穿過配管11的軸線。這樣求得的被測流體12的流量能夠隨著時(shí)間瞬時(shí)地顯示，能夠?qū)⒈粶y流體12沿著流體配管11內(nèi)的測量線ML的流速分布、配管橫截面上的流速分布或流量計(jì)測結(jié)果顯示在顯示監(jiān)視器39上。
第3實(shí)施方式圖4至圖6是概示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的構(gòu)成例、即多普勒式超聲波流量計(jì)60的構(gòu)成的概況圖。
多普勒式超聲波流量計(jì)60如圖4所示，利用多普勒頻率計(jì)算在流體配管11內(nèi)流動的被測流體12在超聲波入射角度(進(jìn)入角度)方向上的速度成分V2，根據(jù)該計(jì)算出的多普勒頻率，以線測量法求得沿著測量線ML的流速分布，計(jì)算被測流體12的流量。
在該多普勒式超聲波流量計(jì)60，根據(jù)多普勒頻率計(jì)算沿著超聲波線路方向(測量線ML)的速度矢量V2，并將速度矢量V2除以sinα，來計(jì)算沿著流體配管11的軸向的速度矢量V1。
根據(jù)多普勒式超聲波流量計(jì)60，在被測流體12的流動與流體配管11不平行的情況下，如果在流體配管11內(nèi)產(chǎn)生旋流或在流體配管11內(nèi)不平行的流動，則不能計(jì)算出正確的流速。例如，如圖5所示，在存在具有速度矢量V3的氣泡的情況下，由于該速度矢量V3與被測流體12的速度矢量V1共有相同方向的速度矢量V2，所以在表觀上，會將被測流體12的氣泡的速度誤作為較快的流體配管11的軸向速度而計(jì)算。
為了消除該表觀上的速度計(jì)算流量，多普勒式超聲波流量計(jì)60具備2個超聲波換能器20、20a，安裝在流體配管11上。將一個超聲波換能器20與另一個超聲波換能器20a正交地設(shè)置，由兩個超聲波換能器20和20a分別求得兩個速度矢量V2、V4，通過計(jì)算該速度矢量V2、V4的矢量和，來正確地求得被測流體12的流速及氣泡的流速。
該多普勒式超聲波流量計(jì)60構(gòu)成為，為了正確地測量被測流體12的流速，使另一個超聲波換能器20a能夠相對于一個超聲波換能器20在流體配管11上移動。因此，多普勒式超聲波流量計(jì)60備有用來使另一個換能器20a相對于一個超聲波換能器20相對地進(jìn)退的超聲波換能器移動機(jī)構(gòu)61，并如如圖6所示的信號處理方框圖那樣構(gòu)成。
在圖6所示的多普勒式超聲波流量計(jì)60中，將從兩個超聲波換能器20、20a振蕩出的超聲波脈沖的入射方向配置為，使它們在流體配管11內(nèi)互相正交。即、將多普勒式超聲波流量計(jì)60配設(shè)為，使從兩個超聲波換能器20、20a振蕩出的超聲波脈沖在流體配管11內(nèi)的測量區(qū)域中正交。
多普勒式超聲波流量計(jì)60具備反射波接收器27、27a，用來分別從由兩個超聲波換能器20、20a振蕩出的超聲波脈沖在流體配管11內(nèi)的測量區(qū)域接收反射波即超聲波回波；速度矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)62、62a，用來從各反射波接收器27、27a接收的超聲波回波強(qiáng)度分別計(jì)算超聲波測量線方向的速度矢量；和流速矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)63，用來從各速度矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)62、62a計(jì)算的速度矢量的矢量和計(jì)算被測流體的流速矢量；從由流速矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)63計(jì)算的流體配管11內(nèi)的測量線方向ML的流速分布計(jì)算被測流體12的流量。
并且，由各反射波接收器27、27a分別接收反射波即超聲波回波，該超聲波回波是從兩個超聲波換能器20、20a振蕩出的超聲波脈沖在流體配管11內(nèi)的測量區(qū)域反射的。通過速度矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)62、62a將由各反射波接收器27、27a接收的超聲波回波的強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換為測量線ML方向(線路方向)的速度矢量。通過流速矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)63計(jì)算得到的線路方向的速度矢量的矢量和，來計(jì)算被測流體12流速的正確的速度矢量。
由上述速度矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)62、62a及流速矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)63構(gòu)成流速分布數(shù)據(jù)取得裝置30A，通過沿著線路方向(測量線)ML測量在流體配管11內(nèi)流動的被測流體12的被測流體12的流速分布，并對該流速分布在超聲波的線路方向上進(jìn)行積分運(yùn)算，能夠求得被測流體12的流量。
在通過流速分布數(shù)據(jù)取得裝置30A的流速矢量計(jì)算機(jī)構(gòu)63計(jì)算了某個位置的流速后，由超聲波換能器移動機(jī)構(gòu)61使超聲波換能器20或20a在流體配管11上移動，來取得下一個位置的數(shù)據(jù)。通過由超聲波換能器移動機(jī)構(gòu)61一點(diǎn)點(diǎn)地移動操作超聲波換能器20、20a，能夠遍及超聲波脈沖的整個線路方向求得被測流體12的流速分布，通過運(yùn)算而能夠正確地求得其流量。
第4實(shí)施方式對于以下的實(shí)施方式，構(gòu)成為通過在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中、由計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在存儲機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41協(xié)同動作，而發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能；實(shí)施方式的差別在于，因流量計(jì)測PG41的內(nèi)容不同，執(zhí)行的處理流程或?qū)崿F(xiàn)的功能有所不同。
因而，第4實(shí)施方式以后僅示出功能方框圖，對多普勒式超聲波流量計(jì)的構(gòu)成簡略地說明。此外，將圖2所示的流量計(jì)測PG41在每個實(shí)施方式中代替為流量計(jì)測PG4 1A等實(shí)現(xiàn)各實(shí)施方式的程序，在圖2中使流量計(jì)測PG41表示實(shí)現(xiàn)各實(shí)施方式的流量計(jì)測PG41A。
圖7是本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的一實(shí)施方式即多普勒式超聲波流量計(jì)10A的功能方框圖。
圖7所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10A構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14將保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41A讀取并執(zhí)行，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41A協(xié)同動作而發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能。
根據(jù)圖7，多普勒式超聲波流量計(jì)10A具備作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13，用來計(jì)算混入在被測流體12中的多個反射體群25的速度，來作為反射體群速度計(jì)算過程；流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67，用來對從Udflow單元13輸入的反射體群25的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)測被測流體12的速度分布，來作為流速分布計(jì)測處理過程；流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68，用來對被測流體12的速度分布進(jìn)一步進(jìn)行運(yùn)算處理而計(jì)測流量，來作為流量計(jì)測處理過程。
在多普勒式超聲波流量計(jì)10A中，由作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13和流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67構(gòu)成流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)。接著，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68基于由流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)得到的流速分布計(jì)測結(jié)果來進(jìn)行流量的計(jì)測。即、Udflow單元13、流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68構(gòu)成流量計(jì)測機(jī)構(gòu)。接著，將由流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68的至少一個輸出的計(jì)測結(jié)果顯示在例如計(jì)算機(jī)14的顯示監(jiān)視器39那樣的可顯示計(jì)測結(jié)果的顯示機(jī)構(gòu)上。
多普勒式超聲波流量計(jì)10A的流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67備有流速分布計(jì)算部70，用來對輸入的反射體群25的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并計(jì)算流體配管11中的被測流體12的流速分布；中央位置檢測部71，用來求得流體配管11的半徑方向的中心、即流體配管11的中央位置；區(qū)域選擇部72，用來以在中央位置將流體配管11內(nèi)的區(qū)域2分割而成的區(qū)域(以下稱為分割區(qū)域)單位選擇在計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25。
此外，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68對輸入的流速分布進(jìn)行運(yùn)算處理而計(jì)測被測流體12的流量。通過在流體配管11的半徑方向(r方向)對輸入的流速分布進(jìn)行積分而能夠求得被測流體12的流量。將計(jì)算出的流量值從流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68輸出，顯示在例如計(jì)算機(jī)14的顯示監(jiān)視器39等可顯示運(yùn)算結(jié)果的顯示機(jī)構(gòu)上。
在此，對多普勒式超聲波流量計(jì)10A進(jìn)行的作為被測流體12的流量計(jì)測的超聲波流量計(jì)測流程按其處理過程進(jìn)行說明。
圖8是按處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)10A的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖8中，記作第1超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖8，超聲波流量計(jì)測流程具備計(jì)算混入在被測流體12中的多個反射體群25的速度，并將計(jì)算出的反射體群25的速度分布作為速度分布數(shù)據(jù)從Udflow單元13輸出的反射體群速度計(jì)算過程(步驟S1)；對輸入的反射體25的速度分布數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)測被測流體12的速度分布的流速分布計(jì)測處理過程(步驟S2～步驟S5)；和對被測流體12的速度分布進(jìn)一步進(jìn)行運(yùn)算處理而計(jì)測流量的流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)。
在超聲波流量計(jì)測流程中，首先在步驟S1的反射體群速度計(jì)算過程中，Udflow單元13將超聲波脈沖入射到被測流體12中，并接收來自被測流體12的超聲波回波，計(jì)算混入在被測流體12中的反射體25的速度分布并輸出反射體25的速度分布數(shù)據(jù)。然后，如果流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67接收到輸出的反射體25的速度分布數(shù)據(jù)，則接著由流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程(步驟S2～步驟S5)。
流速分布計(jì)測處理過程(步驟S2～步驟S5)具備對反射體25的速度分布數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理、而計(jì)算出被測流體12的流速分布數(shù)據(jù)及流體配管11的中央位置數(shù)據(jù)的流速分布計(jì)算步驟(步驟S2)；為了將由流速分布計(jì)算步驟得到的流速分布及中央位置在例如顯示監(jiān)視器39等顯示機(jī)構(gòu)上顯示、而將計(jì)算出的流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)輸出的流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟(步驟S3)；和在需要進(jìn)行在計(jì)算流速分布時(shí)使用的反射體群2 5的選擇的情況下(在步驟S4中YES的情況下)，通過指定以流體配管11的中央位置2分割而成的分割區(qū)域而選擇在計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25的區(qū)域指定步驟(步驟S5)。
在流速分布計(jì)測處理過程中，首先在步驟S2的流速分布計(jì)算步驟中計(jì)算流速分布及流體配管11的中央位置。圖7所示的速度分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67的流速分布計(jì)算部70進(jìn)行流速分布的計(jì)算，中央位置檢測部71進(jìn)行中央位置的計(jì)算。
流速分布計(jì)算部70也可以根據(jù)各個反射體25的位置及速度、將被測流體12中的反射體25的存在位置上的反射體25的速度作為流速計(jì)算。接著，根據(jù)輸入的速度分布數(shù)據(jù)將所有的反射體25的速度作為流速計(jì)算。此外，中央位置檢測部71考慮到在流體配管11的壁面上超聲波回波多次反射，根據(jù)超聲波回波信號檢測發(fā)生超聲波回波的多次反射的位置，將檢測到的位置的中點(diǎn)計(jì)算出來作為流體配管11的中央位置。在流速分布計(jì)算部70及中央位置檢測部71計(jì)算了流速分布及流體配管11的中央位置后，步驟S2的流速分布計(jì)算步驟結(jié)束。
步驟S2的流速分布計(jì)算步驟結(jié)束后，接著，在步驟S3進(jìn)行流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟，從流速分布計(jì)算部70及中央位置檢測部71輸出流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)。在輸出了流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)后，步驟S3的流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟結(jié)束。此時(shí)，計(jì)算機(jī)14的運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)35對輸出的兩數(shù)據(jù)的內(nèi)容、即流速分布及中央位置進(jìn)行運(yùn)算處理，顯示在顯示監(jiān)視器39上。
步驟S3的流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟結(jié)束后，使用多普勒式超聲波流量計(jì)10A進(jìn)行流量計(jì)測的計(jì)測者通過觀察顯示監(jiān)視器39，能夠確認(rèn)被測流體12的流速分布。計(jì)測者在確認(rèn)了被測流體12的流速分布、并能夠判斷沒有測量部位的遺漏等問題的情況(步驟S4中NO的情況)下，結(jié)束流速分布計(jì)測處理過程。
另一方面，在判斷出有在以中央位置分割而成的2分割區(qū)域之間未計(jì)測流速的部位上產(chǎn)生了差異等的問題的情況下，經(jīng)由計(jì)算機(jī)14的輸入機(jī)構(gòu)38通過區(qū)域指定來選擇計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25。
用來進(jìn)行流速計(jì)測的區(qū)域分割，是以中央位置為基準(zhǔn)分割為超聲波換能器20一側(cè)的分割區(qū)域(以下稱為近側(cè)區(qū)域)，和距離超聲波換能器20較遠(yuǎn)一側(cè)、即內(nèi)側(cè)的分割區(qū)域(以下稱為內(nèi)側(cè)區(qū)域)。在計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群2 5的分割區(qū)域指定，是通過選擇近側(cè)區(qū)域、內(nèi)側(cè)區(qū)域及整體區(qū)域(近側(cè)區(qū)域和內(nèi)側(cè)區(qū)域)這3個區(qū)域來進(jìn)行的。
圖9是表示在對計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25進(jìn)行分割區(qū)域指定時(shí)，顯示在顯示監(jiān)視器39上的流速分布的一例的概況圖。
計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群2 5的分割區(qū)域指定，如圖9所示，通過例如選擇由圖形用戶界面(GUIGraphic UserInterface)賦予的選擇項(xiàng)中的1個來進(jìn)行。在圖9所示的示例中，相對于表示中央位置的中央線73，左側(cè)的區(qū)域?yàn)榻鼈?cè)區(qū)域，右側(cè)的區(qū)域?yàn)閮?nèi)側(cè)區(qū)域。
反射體群25的分割區(qū)域指定，是通過選擇顯示監(jiān)視器39所顯示的區(qū)域選擇74的對應(yīng)于近側(cè)區(qū)域的″ ″側(cè)”及對應(yīng)于整體區(qū)域的″所使用的反射體群25的分割區(qū)域。因而，在圖9所示的示例中，為選擇了整體區(qū)域。
如果計(jì)測者經(jīng)由計(jì)算機(jī)14的輸入機(jī)構(gòu)38進(jìn)行了區(qū)域指定的請求(步驟S4中YES的情況)，則前進(jìn)到步驟S5，在步驟S5的區(qū)域指定步驟中，區(qū)域選擇部72根據(jù)指定請求選擇計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25的分割區(qū)域。接著，區(qū)域指定步驟結(jié)束后，前進(jìn)到步驟S2，重復(fù)進(jìn)行步驟S2以后的處理步驟。
另外，在有區(qū)域指定請求時(shí)的流速分布的計(jì)算，是在步驟S2的流速分布計(jì)算步驟中計(jì)算選擇為近側(cè)區(qū)域或內(nèi)側(cè)區(qū)域中的任一個的區(qū)域的流速分布。流速分布的計(jì)算，是根據(jù)概略地觀察流體配管11內(nèi)的流速分布后、認(rèn)為是以中央位置(配管軸)對稱的分布，而看作為以中央位置(配管軸)對稱的分布來進(jìn)行計(jì)算的。接著，計(jì)算了流速分布后，進(jìn)行步驟S3的流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟，將計(jì)算出的流速分布在顯示監(jiān)視器39上顯示。
流速分布計(jì)測處理過程(步驟S2～步驟S5)結(jié)束后，接著前進(jìn)到步驟S6，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68進(jìn)行流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)。流量計(jì)測處理過程具有流量計(jì)算步驟(步驟S6)、和流量數(shù)據(jù)輸出步驟(步驟S7)。
在流量計(jì)測處理過程中，首先在步驟S6中進(jìn)行流量計(jì)算步驟。在流量計(jì)算步驟中，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68接收在流速分布計(jì)測處理過程中計(jì)算的流速分布數(shù)據(jù)，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68通過對輸入的流速分布在流體配管11的半徑方向(r方向)上進(jìn)行積分而計(jì)算被測流體12的流量。接著，計(jì)算了被測流體12的流量后，結(jié)束步驟S6，接著在步驟S7中進(jìn)行流量數(shù)據(jù)輸出步驟。
在流量數(shù)據(jù)輸出步驟中，將由流量計(jì)算步驟計(jì)算的流量計(jì)算數(shù)據(jù)作為流量計(jì)測結(jié)果進(jìn)行輸出。從流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68輸出了流量計(jì)算數(shù)據(jù)后，步驟S7結(jié)束，流量計(jì)測處理過程結(jié)束。此外，計(jì)算機(jī)14的運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)35對在步驟S7中輸出的流量計(jì)測結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理，例如如圖9所示那樣在顯示監(jiān)視器39上顯示。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10A、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10A的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10A中使用的流量計(jì)測程序，即使在計(jì)測的流速分布中產(chǎn)生偏差的情況下，通過接受適于進(jìn)行計(jì)測的區(qū)域的選擇、并進(jìn)行基于所選擇的區(qū)域的流速分布的運(yùn)算，能夠計(jì)測更正確的流速分布。此外，由于在流量計(jì)測中也能夠基于正確的流速分布進(jìn)行運(yùn)算，所以能夠計(jì)測更正確的流量。
另外，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41A，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41A協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)10A的功能，但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)50或多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)10中。
此外，流量的計(jì)測結(jié)果的顯示并不一定要如圖9所示的示例那樣與流速分布一起顯示，也可以構(gòu)成僅單獨(dú)顯示流量的多普勒式超聲波流量計(jì)10A。
第5實(shí)施方式圖10是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的一實(shí)施方式、即多普勒式超聲波流量計(jì)10B的功能方框圖。
圖10所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10B構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41B，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41B協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能。
根據(jù)圖10，多普勒式超聲波流量計(jì)10B相對于多普勒式超聲波流量計(jì)10A，在備有流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67A來代替流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67這一點(diǎn)不同，而其它部位沒有不同，所以對沒有不同的部位賦予相同的標(biāo)記而省略其說明。另外，作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13和流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67A構(gòu)成流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，Udflow單元13、流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67A及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68構(gòu)成流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，這點(diǎn)在本實(shí)施方式中也同樣。
流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67A具備流速分布計(jì)算部70和中央位置檢測部71，還備有自動選擇計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25的分割區(qū)域的自動區(qū)域選擇部75來代替區(qū)域選擇部72。
圖11表示按著處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)10B的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖11中記作第2超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖11，多普勒式超聲波流量計(jì)10B的超聲波流量計(jì)測流程，與圖8所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10A的超聲波流量計(jì)測流程中的流速分布計(jì)測處理過程有些不同，在流速分布計(jì)測處理過程的流速分布計(jì)算步驟(步驟S2)和流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟(步驟S3)之間、進(jìn)行自動選擇計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25的分割區(qū)域的自動選擇步驟這一點(diǎn)上不同。
根據(jù)圖11，多普勒式超聲波流量計(jì)10B的超聲波流量計(jì)測流程具備反射體群速度計(jì)算過程(步驟S11)，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S12～步驟S14)，和流量計(jì)測處理過程(步驟S15)；首先進(jìn)行反射體群速度計(jì)算過程(步驟S11)，接著進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程(步驟S12～步驟S14)；然后進(jìn)行流量計(jì)測處理過程(步驟S15)。
在多普勒式超聲波流量計(jì)10B的超聲波流量計(jì)測流程中，首先進(jìn)行與圖8所示的反射體群速度計(jì)算過程(步驟S1)相同的反射體群速度計(jì)算過程(步驟S11)，接著進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程(步驟S12～步驟S14)。
在流速分布計(jì)測處理過程(步驟S12～步驟S14)中，進(jìn)行與圖8所示的流速分布計(jì)算步驟(步驟S2)相同的流速分布計(jì)算步驟(步驟S12)，接著，在步驟S13的自動區(qū)域選擇步驟中自動選擇流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25的分割區(qū)域。
在步驟S13的自動區(qū)域選擇步驟中自動選擇了計(jì)算流速分布時(shí)所使用的反射體群25的分割區(qū)域后，接著在步驟S14中進(jìn)行流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟(步驟S14)，為了在例如顯示監(jiān)視器39等顯示機(jī)構(gòu)上顯示，輸出在步驟S12及步驟S13中計(jì)算的流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)，步驟S14的流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟結(jié)束。
如果步驟S14的流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟結(jié)束，則流速分布計(jì)測處理過程結(jié)束，接著，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)6 8進(jìn)行流量計(jì)測處理過程(步驟S15)。圖11所示的流量計(jì)測處理過程(步驟S15)由于是與圖8所示的流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)相同的處理步驟，所以僅簡略地進(jìn)行圖示。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10B、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10B的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10B中使用的流量計(jì)測程序，即使在計(jì)測的流速分布中產(chǎn)生偏差的情況下，通過自動選擇適于進(jìn)行計(jì)測的區(qū)域、并進(jìn)行基于所選擇的區(qū)域的流速分布的運(yùn)算，能夠計(jì)測更正確的流速分布。此外，由于在流量計(jì)測中也能夠基于正確的流速分布進(jìn)行運(yùn)算，所以能夠計(jì)測更正確的流量。
另外，多普勒式超聲波流量計(jì)10B，在流速分布機(jī)構(gòu)67A中裝備了自動區(qū)域選擇部75來代替區(qū)域選擇部72，但也可以構(gòu)成為裝備區(qū)域選擇部72及自動區(qū)域選擇部75。在這種情況下，能夠提供準(zhǔn)備了由計(jì)測者手動選擇和自動選擇兩種方式的多普勒式超聲波流量計(jì)，可以預(yù)備在不能進(jìn)行區(qū)域的選擇時(shí)、自動選擇更好的流速分布的菜單。
進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41B，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41B協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)10B的功能；但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)50或多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)10中。
第6實(shí)施方式圖12是表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)的一實(shí)施方式、即多普勒式超聲波流量計(jì)10C的功能方框圖。
圖12所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10C構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41C，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41C協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能。
根據(jù)圖12，多普勒式超聲波流量計(jì)10C具備Udflow單元13，流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68，和根據(jù)伴隨測量對象的變量自動計(jì)算要調(diào)整到的最合適值的最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77。另外，作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13和流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67構(gòu)成流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，Udflow單元13、流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68構(gòu)成流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，以上這點(diǎn)在本實(shí)施方式中也同樣。最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77具備數(shù)據(jù)輸入部78，用來接受流體配管11的內(nèi)徑Di、被測流體12中的超聲波速度Cw及超聲波脈沖的入射角α的輸入；最大流速計(jì)算部79，用來在流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67所計(jì)測的流速中計(jì)算最大流速V；歸一化速度計(jì)算部80，用來計(jì)算將計(jì)算出的最大流速V除以被測流體12中的超聲波速度Cw而得到的歸一化速度V0；歸一化頻率計(jì)算部81，用來計(jì)算將重復(fù)頻率fPRF除以振蕩頻率f0而得到的歸一化頻率F0；和頻率設(shè)定部82，用來再設(shè)定在計(jì)算出的歸一化速度V0和歸一化頻率F0之間滿足公式1F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的振蕩頻率f1。
在多普勒式超聲波流量計(jì)10C中，最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77的數(shù)據(jù)輸入部78將流體配管11的內(nèi)徑Di、被測流體12中的超聲波速度Cw及超聲波脈沖的入射角α作為初始值而接受輸入，并且在最大流速度計(jì)算部79中計(jì)算出由流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67所計(jì)測的流速中的最大流速V。
歸一化速度計(jì)算部80計(jì)算出用由數(shù)據(jù)輸入部78接受輸入而得到的被測流體12中的超聲波速度Cw除最大流速計(jì)算部79計(jì)算出的最大流速V而得到的歸一化速度V0。此外，歸一化頻率計(jì)算部81計(jì)算將重復(fù)頻率fPRF除以振蕩頻率f0而得到的歸一化頻率F0。
頻率設(shè)定部82使用歸一化速度計(jì)算部80計(jì)算出歸一化速度V0和歸一化頻率計(jì)算部81計(jì)算出的歸一化頻率F0，進(jìn)行振蕩頻率f1的再設(shè)定，使其滿足公式1所示
F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的關(guān)系式。另外，公式1表示最合適值存在的范圍，這些是通過本發(fā)明者反復(fù)實(shí)驗(yàn)而導(dǎo)出的。
圖13～圖15是表示本發(fā)明者反復(fù)實(shí)驗(yàn)所導(dǎo)出的最合適值存在的范圍的說明圖。
圖13是在橫軸設(shè)定歸一化速度V*、在縱軸設(shè)定歸一化頻率F*，而表示可使測量最合適化的區(qū)域和不能最合適化的區(qū)域的說明圖。即、通過實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出在F*≥4V0·sinα的區(qū)域、即圖中左上的區(qū)域中，能夠使測量最適合化。
圖14是在橫軸上設(shè)定Cw/Di的對數(shù)、在縱軸上設(shè)定重復(fù)頻率(fPRF)的對數(shù)，表示能夠使測量最合適化的區(qū)域和不能最合適化的區(qū)域的說明圖。即、通過實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出在fPRF≤Cw/2Di的區(qū)域、即圖中右下的區(qū)域中，能夠使測量最合適化。
圖15表示對于代表性的配管的種類及其區(qū)域，能夠使測量最合適化的區(qū)域、和不能最合適化的區(qū)域的說明圖。如果計(jì)測者可以閱覽圖15所示的輸出、或事先將其印刷，則可以作為計(jì)測者判斷是否是在能夠最合適化的條件下的流量測量的大致標(biāo)準(zhǔn)來使用。
在此，按照處理過程說明多普勒式超聲波流量計(jì)10C作為被測流體12的流量計(jì)測而進(jìn)行的超聲波流量計(jì)測流程。
圖16是按照處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)10C的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖16中記作第3超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖16，超聲波流量計(jì)測流程具備反射體群速度計(jì)算過程(步驟S21～步驟S22)，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S23～步驟S24)，計(jì)算基本頻率f0、重復(fù)頻率fPRF、及入射角α的最合適值的最合適值設(shè)定過程(步驟S25)，和流量計(jì)測處理過程(步驟S26)。
反射體群速度計(jì)算過程(步驟S21～步驟S22)具備初始值獲取步驟(步驟S21)、和反射體群速度計(jì)算步驟(步驟S22)，首先，在步驟S21的初始值獲取步驟中，獲取測量開始時(shí)的基本頻率f0、重復(fù)頻率fPRF、及入射角α的初始值，接著，在步驟S22的反射體群速度計(jì)算步驟中將超聲波脈沖入射到被測流體12中，接收超聲波回波而計(jì)算出混入在被測流體12中的多個反射體群25的速度，將計(jì)算出的反射體25的速度分布作為速度分布數(shù)據(jù)從Udflow單元13輸出。反射體群速度計(jì)算步驟(步驟S22)結(jié)束后，反射體群速度計(jì)算過程結(jié)束。
反射體群速度計(jì)算過程結(jié)束后，接著進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程(步驟S23～步驟S24)，首先，在流速分布計(jì)算步驟(步驟S23)中計(jì)算被測流體12的流速分布及中央位置。接著，在流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟(步驟S24)中將計(jì)算出的流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)從流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67輸出。從流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67輸出了流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)后，流速分布計(jì)測處理過程結(jié)束。
流速分布計(jì)測處理過程結(jié)束后，接著進(jìn)行最合適值設(shè)定過程(步驟S25)，最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77計(jì)算基本頻率f0、重復(fù)頻率fPRF、及入射角α的最合適值。
最合適值設(shè)定過程，作為最合適值的計(jì)算，是通過進(jìn)行再設(shè)定滿足F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的振蕩頻率f1的振蕩頻率再設(shè)定步驟來實(shí)施的。振蕩頻率f1的再設(shè)定由最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77進(jìn)行，由最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77進(jìn)行了振蕩頻率f1的再設(shè)定后，以再設(shè)定的振蕩頻率f1進(jìn)行流量分布處理過程，反復(fù)進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程和振蕩頻率再設(shè)定步驟直到成為最適合計(jì)測的頻率。接著，如果成為振蕩頻率f1，則最合適值設(shè)定過程(步驟S25)結(jié)束。
最合適值設(shè)定過程結(jié)束后，接著在步驟S26中進(jìn)行流量計(jì)測處理過程。步驟S26的流量計(jì)測處理過程與圖8所示的流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)相同。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10C、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10C的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10C中使用的流量計(jì)測程序，通過最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77根據(jù)伴隨測量對象的變量而自動計(jì)算要調(diào)整到的最合適值，不需要用來配合測量對象求得最合適值的預(yù)備測量，能夠減少進(jìn)行測量的準(zhǔn)備所要花費(fèi)的工夫。
另外，輸入到數(shù)據(jù)輸入部78中的流體配管11的內(nèi)徑Di、被測流體12中的超聲波速度Cw及超聲波脈沖的入射角α既可以自動輸入也可以手動輸入。
此外，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41C，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG4 1C協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)10C的功能；但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)50或多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)10中。
第7實(shí)施方式本發(fā)明的第7實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)50A構(gòu)成為，在圖3所示的多普勒式超聲波流量計(jì)50中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41D，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41D協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)50A的功能。
圖17是表示本發(fā)明的第7實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)50A的功能方框圖。
多普勒式超聲波流量計(jì)50A具備設(shè)有入射角調(diào)節(jié)設(shè)定機(jī)構(gòu)51的Udflow單元13，流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68，和根據(jù)伴隨測量對象的變量自動計(jì)算要調(diào)整到的最合適值的最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77A。另外，作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13和流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67構(gòu)成流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，Udflow單元13、流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68構(gòu)成流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，以上這點(diǎn)在本實(shí)施方式中也同樣。
最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77A具備數(shù)據(jù)輸入部78，最大流速計(jì)算部79，歸一化速度計(jì)算部80，歸一化頻率計(jì)算部81，和用來再設(shè)定在計(jì)算出的歸一化速度V0和歸一化頻率F0之間滿足式1的關(guān)系式F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的入射角度α1的入射角度設(shè)定部84。
在多普勒式超聲波流量計(jì)50A中，最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77的數(shù)據(jù)輸入部78將流體配管11的內(nèi)徑Di、被測流體12中的超聲波速度Cw及超聲波脈沖的入射角α作為初始值而接受輸入，并且在最大流速計(jì)算部79中計(jì)算出由速度分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67所計(jì)測的流速中的最大流速V。
歸一化速度計(jì)算部80計(jì)算出用由數(shù)據(jù)輸入部78接受輸入而得到的被測流體12中的超聲波速度Cw除最大流速計(jì)算部79計(jì)算出的最大流速V而得到的歸一化速度V0。此外，歸一化頻率計(jì)算部81計(jì)算將重復(fù)頻率fPRF除以振蕩頻率f0而得到的歸一化頻率F0。
入射角度設(shè)定部84使用歸一化速度計(jì)算部80計(jì)算出歸一化速度V0和歸一化頻率計(jì)算部81計(jì)算出的歸一化頻率F0，進(jìn)行入射角度α1的再設(shè)定，使其滿足式1所示F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的關(guān)系式。另外，式1表示圖13～圖15中所示的最合適值存在的范圍，這些是通過本發(fā)明者反復(fù)實(shí)驗(yàn)而導(dǎo)出的。
圖18是按照處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)50A的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖18中記作第4超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖18，超聲波流量計(jì)測流程具備反射體群速度計(jì)算過程(步驟S31～步驟S32)，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S33～步驟S34)，計(jì)算基本頻率f0、重復(fù)頻率fPRF、及入射角α的最合適值的最合適值設(shè)定過程(步驟S35)，和流量計(jì)測處理過程(步驟S36)。
反射體群速度計(jì)算過程(步驟S31～步驟S32)具備初始值獲取步驟(步驟S31)、和反射體群速度計(jì)算步驟(步驟S32)，首先，在步驟S31的初始值獲取步驟中，獲取測量開始時(shí)的基本頻率f0、重復(fù)頻率fPRF、及入射角α的初始值，接著，在步驟S32的反射體群速度計(jì)算步驟中，計(jì)算出混入在被測流體12中的多個反射體群25的速度，將計(jì)算出的反射體25的速度分布作為速度分布數(shù)據(jù)從Udflow單元13輸出。
接著在流速分布計(jì)測處理過程(步驟S33～步驟S34)的流速分布計(jì)算步驟(步驟S33)中計(jì)算被測流體12的流速分布及中央位置，在流速分布數(shù)據(jù)輸出步驟(步驟S34)中將計(jì)算出的流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)從流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67輸出。輸出了流速分布數(shù)據(jù)及中央位置數(shù)據(jù)后，流速分布計(jì)測處理過程結(jié)束。
流速分布計(jì)測處理過程結(jié)束后，接著進(jìn)行最合適值設(shè)定過程(步驟S35)，最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77A計(jì)算基本頻率f0、重復(fù)頻率fPRF、及入射角α的最合適值。
最合適值設(shè)定過程，作為最合適值的計(jì)算，是通過進(jìn)行再設(shè)定滿足F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的入射角度α1的入射角度再設(shè)定步驟來實(shí)施的。入射角度α1的再設(shè)定由最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77A進(jìn)行，由最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77A進(jìn)行了入射角度α1的再設(shè)定，設(shè)定為最合適的入射角度α1后，最合適值設(shè)定過程(步驟S35)結(jié)束。
最合適值設(shè)定過程結(jié)束后，接著在步驟S36中進(jìn)行流量計(jì)測處理過程。流量計(jì)測處理過程與圖8所示的流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)相同。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)50A、使用多普勒式超聲波流量計(jì)50A的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)50A中使用的流量計(jì)測程序，通過最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77A根據(jù)伴隨測量對象的變量而自動計(jì)算要調(diào)整到的最合適值，不需要用來配合測量對象求得最合適值的預(yù)備測量，能夠減少進(jìn)行測量的準(zhǔn)備所要花費(fèi)的工夫。
另外，輸入到數(shù)據(jù)輸入部78中的流體配管11的內(nèi)徑Di、被測流體12中的超聲波速度Cw及超聲波脈沖的入射角α既可以自動輸入也可以手動輸入。
此外，最合適值計(jì)算機(jī)構(gòu)77A構(gòu)成為，具備數(shù)據(jù)輸入部78，最大流速計(jì)算部79，歸一化速度計(jì)算部80，歸一化頻率計(jì)算部81，和入射角度設(shè)定部84，但也可以兼?zhèn)渥詈线m值計(jì)算機(jī)構(gòu)77中所備有的頻率設(shè)定部82。
進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖3所示的多普勒式超聲波流量計(jì)50中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41D，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41D協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)50A的功能；但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)50中。
第8實(shí)施方式圖19是表示本發(fā)明的第8實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10D的功能方框圖。
圖19所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10D構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41E，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41E協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能。
根據(jù)圖19，多普勒式超聲波流量計(jì)10D具備Udflow單元13，流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68，根據(jù)超聲波脈沖的頻率及速度運(yùn)算最小通道距離的通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87，根據(jù)所運(yùn)算出的最小通道距離運(yùn)算可計(jì)測范圍并顯示的可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88，和進(jìn)行是否使最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍的變更·決定的通道距離變更決定機(jī)構(gòu)89。
通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87根據(jù)超聲波脈沖的頻率及速度運(yùn)算最小通道距離?？捎?jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88根據(jù)通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87運(yùn)算出的最小通道距離運(yùn)算可計(jì)測的范圍，并在例如顯示監(jiān)視器39等顯示機(jī)構(gòu)上顯示。通道距離變更決定機(jī)構(gòu)89接受是否使最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍的變更·決定的輸入，在有輸入的情況下，根據(jù)輸入內(nèi)容進(jìn)行是否使最小通道距離成為整數(shù)倍的變更·決定。
通道距離變更決定機(jī)構(gòu)89可變更的通道距離的上限值，與在重復(fù)周期(＝1/fPRF)中、入射的超聲波由流體配管11的管壁反射、并正好返回時(shí)的流體配管11的配管徑相等。如果考慮到這一點(diǎn)，則可以由重復(fù)頻率fPRF的設(shè)定值來改變可變更的通道距離的上限值。此外，如果考慮到重復(fù)頻率fPRF最小從1Hz的量級自如地設(shè)定、而被測流體12中的超聲波速度Cw為1000m/s的量級，則即使是現(xiàn)實(shí)條件下能夠得到的流體配管11的最大配管徑也能夠充分對應(yīng)。
圖20是按照處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)10D的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖20中記作第5超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖20，超聲波流量計(jì)10D所進(jìn)行的超聲波流量計(jì)測流程具備反射體群速度計(jì)算過程(步驟S41)，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S42)，通道距離運(yùn)算過程(步驟S43)，可計(jì)測范圍顯示過程(步驟S44～步驟S46)，通道距離變更過程(步驟S47)，和流量計(jì)測處理過程(步驟S48)。
反射體群速度計(jì)算過程(步驟S41)是與圖8所示的反射體群速度計(jì)算過程(步驟S1)相同的過程，Udflow單元13計(jì)算混入在被測流體12中的多個反射體群25的速度，將計(jì)算出的反射體25的速度分布作為速度分布數(shù)據(jù)從Udflow單元13輸出。此外，Udflow單元13將通道距離運(yùn)算過程(步驟S43)的運(yùn)算中所需的振蕩產(chǎn)生的超聲波脈沖的頻率f0及速度Cw的數(shù)據(jù)輸出。反射體群速度計(jì)算過程結(jié)束后，接著進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程(步驟S42)。
在步驟S42的流速分布計(jì)測處理過程中，進(jìn)行流速分布計(jì)算步驟(步驟S42)，流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67對反射體25的速度分布數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算被測流體12的流速分布數(shù)據(jù)及流體配管11的中央位置數(shù)據(jù)。計(jì)算了被測流體12的流速分布數(shù)據(jù)及流體配管11的中央位置數(shù)據(jù)后，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S42)結(jié)束，接著進(jìn)行通道距離運(yùn)算過程(步驟S43)。
在步驟S43的通道距離運(yùn)算過程中，通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87根據(jù)計(jì)測時(shí)的超聲波脈沖的頻率f0及超聲波速度Cw運(yùn)算最小通道距離。運(yùn)算出最小通道距離之后，通道距離運(yùn)算過程結(jié)束，接著進(jìn)行可計(jì)測范圍顯示過程(步驟S44～S46)。
可計(jì)測范圍顯示過程(步驟S44～S46)包括根據(jù)通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87運(yùn)算出的最小通道距離運(yùn)算可計(jì)測范圍的可計(jì)測范圍運(yùn)算步驟(步驟S44)，將在可計(jì)測范圍運(yùn)算步驟中運(yùn)算出的可計(jì)測范圍的數(shù)據(jù)在顯示監(jiān)視器39等顯示機(jī)構(gòu)上顯示的可計(jì)測范圍顯示步驟(步驟S45)，和在顯示監(jiān)視器39等顯示機(jī)構(gòu)上確認(rèn)是否進(jìn)通道距離變更決定的通道距離變更決定確認(rèn)步驟(步驟S46)。
在可計(jì)測范圍顯示過程(步驟S44～步驟S46)中，首先在步驟S44的可計(jì)測范圍運(yùn)算步驟中，可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88進(jìn)行可計(jì)測范圍的計(jì)算，接著，在步驟S45即可計(jì)測范圍顯示步驟中，可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88輸出可計(jì)測范圍的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)14的運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)35將從可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88輸出的可計(jì)測范圍顯示在顯示監(jiān)視器39上。
圖21是概示在可計(jì)測范圍顯示步驟后，在顯示監(jiān)視器39上顯示的畫面的一例的說明圖。
根據(jù)圖21所示的一例，在流速分布顯示部92的上部顯示可計(jì)測范圍91，使計(jì)測者通過觀察可計(jì)測范圍91而能夠辨別可計(jì)測范圍。
另外，在圖21中，僅圖示了說明所需的最小限度的顯示部分，當(dāng)然可以根據(jù)需要追加顯示當(dāng)前的超聲波脈沖的頻率、超聲波速度等。
此外，在顯示監(jiān)視器39上顯示可計(jì)測范圍91的同時(shí)，進(jìn)行步驟S46的通道距離變更決定確認(rèn)步驟，將確認(rèn)是否進(jìn)行通道距離變更·決定的意向的顯示(以下稱為通道距離變更·決定確認(rèn)顯示)93與可計(jì)測范圍91一起在顯示監(jiān)視器39上顯示。將可計(jì)測范圍及通道距離變更·決定確認(rèn)顯示在顯示監(jiān)視器39上顯示后，可計(jì)測范圍顯示過程(步驟S44～步驟S46)結(jié)束。
在步驟S46的通道距離變更決定確認(rèn)步驟中，計(jì)測者觀察在顯示監(jiān)視器39上顯示的最小通道距離變更·決定確認(rèn)顯示，特別在判斷為不需要進(jìn)行最小通道距離的變更的情況下(在步驟S46中為NO的情況下)，接著進(jìn)行流量計(jì)測處理過程(步驟S48)。該流量計(jì)測處理過程(步驟S48)是與圖8所示的流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)相同的處理步驟。步驟S48的流量計(jì)測處理過程結(jié)束后，超聲波流量計(jì)測流程結(jié)束。
另一方面，在步驟S46的通道距離變更決定確認(rèn)步驟中，計(jì)測者觀察在顯示監(jiān)視器39上顯示的最小通道距離變更·決定確認(rèn)顯示，在判斷為需要進(jìn)行通道距離的變更的情況下(在步驟S46中為YES的情況下)，接著進(jìn)行通道距離變更過程(步驟S47)。
在通道距離變更過程中，通道變更決定機(jī)構(gòu)89根據(jù)輸入的內(nèi)容，使最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍，來進(jìn)行通道距離的變更。例如在輸入了使最小通道距離變?yōu)?倍的意向請求時(shí)，通道距離變成2倍。
通道距離的變更如圖21所示，是如下這樣進(jìn)行的提供例如GUI，通過計(jì)測者從計(jì)算機(jī)口14的輸入機(jī)構(gòu)38輸入在顯示監(jiān)視器39上顯示的通道距離變更窗94的值、或從計(jì)算機(jī)14的輸入機(jī)構(gòu)38輸入選擇(點(diǎn)擊操作)在通道距離變更窗口94的一側(cè)顯示的上下指針鍵95，使通道距離以最小通道距離的整數(shù)倍上升、下降。在上述使最小通道距離變?yōu)?倍時(shí)，通過將通道距離變更窗94的值為2而進(jìn)行。
在通道距離變更決定機(jī)構(gòu)89根據(jù)輸入到通道距離變更窗口94中的數(shù)值使最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍后，通道距離變更過程(步驟S47)結(jié)束，接著前進(jìn)到步驟S42，進(jìn)行步驟S42以后的處理過程。
在此，基于使通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍并實(shí)測而得的結(jié)果來評價(jià)多普勒式超聲波流量計(jì)10D的測量精度，將評價(jià)的結(jié)果在下面說明。
(通道距離變更時(shí)的計(jì)測誤差的評價(jià))第1測量是如下這樣進(jìn)行的在內(nèi)徑150mm的流體配管11中，使采樣頻率為1MHz，將水作為被測流體12，使通道距離為最小通道距離的2倍，來進(jìn)行流量測量。
因?yàn)?，若采樣頻率為1MHz、被測流體12為水，則超聲波速度為1480m/s，所以最小通道距離為約0.75mm。此外，因?yàn)楸敬斡?jì)測中使用的多普勒式超聲波流量計(jì)10D的通道數(shù)為128，所以可計(jì)測深度(距離)為，128×0.75mm＝96mm。因而可知，至少需要使通道距離為最小通道距離的2倍以上。
在第1測量中，多普勒式超聲波流量計(jì)10D為構(gòu)成流速分布所需的點(diǎn)數(shù)，為所使用的128點(diǎn)中的100點(diǎn)(＝150mm/1.5mm)。
接著，第2測量如下這樣進(jìn)行在內(nèi)徑150mm的流體配管11中，使采樣頻率為1MHz，將水作為被測流體12，使通道距離為最小通道距離的3倍，來進(jìn)行流量測量。
在第2測量中，通道距離為最小通道距離的3倍，即0.75×3＝2.25mm，可計(jì)測深度(距離)為128×2.25mm＝288mm。此外，在第2測量中，多普勒式超聲波流量計(jì)10D為構(gòu)成流速分布所需的點(diǎn)數(shù)，為所使用的128點(diǎn)中的67點(diǎn)(＝150mm/2.25mm)。
接著，第3測量是減少計(jì)測點(diǎn)而以幾種計(jì)測點(diǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)測實(shí)驗(yàn)。由第3測量的結(jié)果可知，即使計(jì)測點(diǎn)數(shù)為大約一半，也能夠以與真值的誤差遠(yuǎn)小于1％的高精度進(jìn)行計(jì)測。
由以上可以確認(rèn)，不需要采用像過去所研究的那樣的對策，即通過將可接收超聲波回波的部位從現(xiàn)在的128處增加到256處或512處等來對應(yīng)較粗的配管或用來提高精度的對策，也能夠得到足夠的計(jì)測性能。
具體而言，可以證實(shí)，用最大在128處接收超聲波回波并計(jì)算流速分布的多普勒式超聲波流量計(jì)，能夠以計(jì)測誤差遠(yuǎn)小于1％的高精度(在通道距離為最小通道距離的3倍時(shí)為0.0056％)計(jì)測從內(nèi)徑超過280mm那樣的較粗的配管、到100mm以下的較細(xì)的配管的配管徑。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10D、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10D的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10D中使用的流量計(jì)測程序，根據(jù)由最小通道距離計(jì)算出的可計(jì)測范圍、和被測流體所流過的流體配管的管徑，如果需要，計(jì)測者可以在變更該可計(jì)測范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)行流速分布的運(yùn)算，因此能夠擴(kuò)大可計(jì)測范圍。
另外，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41E，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41E協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)10D的功能；但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)50或多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)10中。
此外，采用了使決定測量范圍的最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍這一計(jì)測及運(yùn)算方面的思想而實(shí)現(xiàn)的多普勒式超聲波流量計(jì)10D，以實(shí)施方式等例示說明了申請時(shí)的將計(jì)測部位設(shè)為128處的多普勒式超聲波流量計(jì)，但本發(fā)明以在表觀上發(fā)揮與能夠增減計(jì)測的部位多普勒式超聲波流量計(jì)同等的效果的技術(shù)思想為本質(zhì)，并不排除事先將計(jì)測部位的128處物理地增加的多普勒式超聲波流量計(jì)。
第9實(shí)施方式圖22是表示本發(fā)明的第9實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10E的功能方框圖。
圖22所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10E構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41F，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41F協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能。
根據(jù)圖22，多普勒式超聲波流量計(jì)10E，相對于圖19所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10D，在具備通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97來代替通道距離變更決定機(jī)構(gòu)89這一點(diǎn)不同，而其它方面沒有不同，所以對沒有不同的部位付給相同的標(biāo)記而省略其說明。另外，作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13和流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67構(gòu)成流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，Udflow單元13、流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68構(gòu)成流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，以上這點(diǎn)在本實(shí)施方式中也同樣。
多普勒式超聲波流量計(jì)10E具備Udflow單元13，流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68，通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87，可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88，和自動地進(jìn)行是否使最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍的變更·決定的通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97。通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97根據(jù)最小通道距離、流體配管11的配管徑及最大通道數(shù)，自動地進(jìn)行是否使最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍的變更·決定。
圖2 3是按照處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)10E的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖23中記作第6超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖23，超聲波流量計(jì)10E所進(jìn)行的超聲波流量計(jì)測流程具備反射體群速度計(jì)算過程(步驟S51)，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S52)，通道距離運(yùn)算過程(步驟S53)，可計(jì)測范圍計(jì)算過程(步驟S54～步驟S55)，流量分布等顯示過程(步驟S56)，流量計(jì)測處理過程(步驟S57)，和通道距離變更過程(步驟S58)。
反射體群速度計(jì)算過程(步驟S51)是與圖20所示的反射體群速度計(jì)算過程(步驟S41)相同的過程，Udflow單元13計(jì)算混入在被測流體12中的多個反射體群25的速度，將計(jì)算出的反射體25的速度分布作為速度分布數(shù)據(jù)，和振蕩產(chǎn)生的超聲波脈沖的頻率f0及速度Cw的數(shù)據(jù)一起從Udflow單元13輸出。反射體群速度計(jì)算過程結(jié)束后，接著進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程(步驟S52)。
在步驟S52的流速分布計(jì)測處理過程中，進(jìn)行流速分布計(jì)算步驟(步驟S52)，流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67對反射體25的速度分布數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算被測流體12的流速分布數(shù)據(jù)及流體配管11的中央位置數(shù)據(jù)。計(jì)算了被測流體12的流速分布數(shù)據(jù)及流體配管11的中央位置數(shù)據(jù)后，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S52)結(jié)束，接著進(jìn)行通道距離運(yùn)算過程(步驟S53)。
在步驟S53的通道距離運(yùn)算過程中，通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87根據(jù)計(jì)測時(shí)的超聲波脈沖的頻率f0及超聲波速度Cw運(yùn)算最小通道距離。運(yùn)算了最小通道距離后，通道距離運(yùn)算過程結(jié)束，接著進(jìn)行可計(jì)測范圍計(jì)算過程(步驟S54～步驟S55)。
可計(jì)測范圍計(jì)算過程(步驟S54～步驟S55)包括通道距離運(yùn)算機(jī)構(gòu)87根據(jù)運(yùn)算出的最小通道距離運(yùn)算可計(jì)測范圍的可計(jì)測范圍運(yùn)算步驟(步驟S54)，和判斷是否需要進(jìn)行通道距離的變更的通道距離變更判斷步驟(步驟S55)。
在可計(jì)測范圍計(jì)算過程(步驟S54～步驟S55)中，首先在步驟S54的可計(jì)測范圍運(yùn)算步驟中，可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88進(jìn)行可計(jì)測范圍的計(jì)算，接著，在步驟S55的通道距離變更判斷步驟中，通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97根據(jù)由可計(jì)測范圍顯示機(jī)構(gòu)88計(jì)算出的可計(jì)測范圍、以及正在進(jìn)行計(jì)測的配管徑，判斷是否需要進(jìn)行通道距離的變更。
接著，在通道距離變更判斷步驟中，通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97判斷為不需要進(jìn)行通道距離變更的情況(在步驟S55中為NO的情況)下，接著進(jìn)行流速分布等顯示過程(步驟S56)，將被測流體12的流速分布及可計(jì)測范圍在顯示監(jiān)視器39上顯示。
在將被測流體12的流速分布及可計(jì)測范圍在顯示監(jiān)視器39上顯示后，流速分布等顯示過程(步驟S56)結(jié)束，接著進(jìn)行流量計(jì)測過程(步驟S57)。該流量計(jì)測過程(步驟S57)是與圖8所示的流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)相同的處理步驟。接著，在步驟S57的流量計(jì)測處理過程結(jié)束后，超聲波流量計(jì)測流程結(jié)束。
另一方面，在通道距離變更判斷步驟中，通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97判斷需要進(jìn)行通道距離的變更的情況(在步驟S55中為YES的情況)下，進(jìn)行變更通道距離的通道距離變更過程(步驟S58)。
通道距離變更過程(步驟S58)是與圖20所示的通道距離變更過程(步驟S47)相同的處理過程，通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97使最小通道距離變?yōu)檎麛?shù)倍，來進(jìn)行通道距離的變更。通道距離變更過程結(jié)束后，接著返回步驟S52，進(jìn)行步驟S52以后的處理過程。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10E、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10E的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10E中使用的流量計(jì)測程序，通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97根據(jù)由最小通道距離計(jì)算出的可計(jì)測范圍、和被測流體所流過的流體配管的管徑，判斷通道距離變更的必要性，如果需要，則通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97能夠在自動變更該可計(jì)測范圍的基礎(chǔ)上計(jì)算出流速分布。
因而，與應(yīng)用多普勒式超聲波流量計(jì)10D、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10D的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10D中使用的流量計(jì)測程序的情況相同，能夠擴(kuò)大可計(jì)測范圍。此外，擴(kuò)大了可計(jì)測范圍時(shí)的計(jì)測誤差也遠(yuǎn)小于1％，能夠以高精度進(jìn)行計(jì)測。
另外，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41F，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41F協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)10E的功能；但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)50或多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)10中。
此外，多普勒式超聲波流量計(jì)10E具備通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97來代替通道距離變更決定機(jī)構(gòu)89，但也可以構(gòu)成為具備通道距離變更決定機(jī)構(gòu)89及通道距離自動變更決定機(jī)構(gòu)97。此時(shí)，能夠提供準(zhǔn)備了由計(jì)測者手動選擇和自動選擇的兩種方式的多普勒式超聲波流量計(jì)，可以準(zhǔn)備在未進(jìn)行通道距離變更決定的情況下、自動變更為更適于計(jì)測的通道距離的菜單。
第10實(shí)施方式圖24是表示本發(fā)明的第10實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10F的功能方框圖。
圖2 4所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10F構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41G，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41G協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能。
根據(jù)圖24，多普勒式超聲波流量計(jì)10F具備Udflow單元13，流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67，流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68，以與測量線ML的距離方向的關(guān)系畫面輸出被測流體12的流速分布的流速分布輸出機(jī)構(gòu)99，和對流速分布輸出機(jī)構(gòu)99畫面輸出的流速分布、將流速為零的點(diǎn)連續(xù)地顯示的流速零點(diǎn)顯示機(jī)構(gòu)100，和對流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)使正的流速的測量范圍(以下稱為流速計(jì)測范圍)變?yōu)?倍的流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101。
另外，作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13和流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67構(gòu)成流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，Udflow單元13、流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68構(gòu)成流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，以上這點(diǎn)在本實(shí)施方式中也同樣。
流速分布輸出機(jī)構(gòu)99根據(jù)從流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67輸出的被測流體12的流速分布數(shù)據(jù)，按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系顯示在顯示監(jiān)視器39上。流速零點(diǎn)顯示機(jī)構(gòu)100在顯示于顯示監(jiān)視器39上的流速分布中將表示流速零點(diǎn)的流速零線疊加在流速分布上顯示。
流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101，通過相對于流速分布輸出機(jī)構(gòu)99在流速分布或流量的計(jì)測中忽略負(fù)的流速而僅采用正的流速，使得不再需要正負(fù)的信息，所以能夠?qū)⒉恍枰牟糠值男畔⒘吭诹魉贉y量中使用，能夠?qū)⒄牧魉儆?jì)測范圍擴(kuò)大為2倍。
圖25表示多普勒式超聲波流量計(jì)10E的流速分布輸出機(jī)構(gòu)99將從流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67輸出的被測流體12的流速分布數(shù)據(jù)，按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系顯示在顯示監(jiān)視器39上的顯示畫面的一個示例。
另外，圖25(A)表示流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101將正的流速的計(jì)測范圍切換為2倍前的狀態(tài)，即所謂的通常的情況，圖25(B)表示流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101將正的流速的計(jì)測范圍切換為2倍后的情況。
根據(jù)圖25(A)，流速分布相對于流速零線103集中在上側(cè)(流速正向)，此外，在配管11內(nèi)的一部分的位置上，流速超過了可計(jì)測范圍。在這種情況下，如果選擇(點(diǎn)擊)流速范圍切換104的″從通常切換為正，則流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101將正流速的流速計(jì)測范圍切換成2倍。
如果將正流速的流速計(jì)測范圍切換為2倍，則如圖25(B)所示，流速零線103與橫軸重疊，顯示負(fù)流速的區(qū)域消失而正區(qū)域變成2倍。此外，在圖25(B)所示的示例中，通過將流速計(jì)測范圍切換為2倍，能夠計(jì)測配管11內(nèi)所有位置的流速。
圖26是按處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)10F的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖26中，記作第7超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖26，多普勒式超聲波流量計(jì)10F所進(jìn)行的超聲波流量計(jì)測流程包括反射體群速度計(jì)算過程(步驟S61)，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S62)，將被測流體12的流速分布按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系畫面輸出的流速分布輸出過程(步驟S63)，將流速零線103與在流速分布輸出過程中畫面輸出的流速分布重疊顯示的流速零線顯示過程(步驟S64)，對是否進(jìn)行流速計(jì)測范圍的切換進(jìn)行確認(rèn)的流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程(步驟S65)，流量計(jì)測處理過程(步驟S66)，和將正流速的流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍的流速計(jì)測范圍切換過程(步驟S67)。
首先，反射體群速度計(jì)算過程(步驟S61)是與圖8所示的反射體群速度計(jì)算過程(步驟S1)相同的過程。反射體群速度計(jì)算過程(S61)結(jié)束后，接著進(jìn)行流速分布計(jì)測處理過程(步驟S62)。
在流速分布計(jì)測處理過程(步驟S62)中，進(jìn)行與圖8所示的流速分布計(jì)測處理過程(步驟S2)相同的處理。流速分布計(jì)測處理過程(步驟S52)結(jié)束后，接著進(jìn)行流速分布輸出過程(步驟S63)，流速分布輸出機(jī)構(gòu)99如圖25所示按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系將被測流體12的流速分布畫面輸出到顯示監(jiān)視器39上。
流速分布輸出過程結(jié)束后，接著進(jìn)行流速零線顯示過程(步驟S64)，流速零點(diǎn)顯示機(jī)構(gòu)100將流速零線103與在流速分布輸出過程中畫面輸出的流速分布重疊顯示。流速零線顯示過程(步驟S64)結(jié)束后，接著進(jìn)行流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程(步驟S65)，流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101將是否進(jìn)行流速范圍切換在顯示監(jiān)視器39上顯示并進(jìn)行確認(rèn)。
計(jì)測者觀察顯示監(jiān)視器39的顯示，判斷是否進(jìn)行流速范圍切換，從計(jì)算機(jī)14的輸入機(jī)構(gòu)38輸入是否進(jìn)行流速范圍切換。在流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101經(jīng)由輸入機(jī)構(gòu)38輸入了不進(jìn)行流速范圍切換的意向的情況(在步驟S65中為NO的情況)下，接著進(jìn)行流量計(jì)測處理過程(步驟S66)。流量計(jì)測處理過程(步驟S66)是與圖8所示的流量計(jì)測處理過程(步驟S6～步驟S7)相同的處理步驟。接著，步驟S66的流量計(jì)測處理過程結(jié)束后，超聲波流量計(jì)測流程結(jié)束。
另一方面，在流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101經(jīng)由輸入機(jī)構(gòu)38輸入了進(jìn)行流速范圍切換的意向請求的情況(在步驟S65中為YES的情況)下，接著進(jìn)行流量計(jì)測范圍切換過程(步驟S67)。在流量計(jì)測范圍切換過程(步驟S67)中，流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101將正流速的流速計(jì)測范圍切換為2倍。流速計(jì)測范圍切換過程結(jié)束后，前進(jìn)到步驟S65，進(jìn)行步驟S65以后的處理過程。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10F、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10F的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10F中使用的流量計(jì)測程序，可以根據(jù)需要將可計(jì)測的流速的可計(jì)測范圍、即流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍。
另外，多普勒式超聲波流量計(jì)10F的流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101在正流速范圍中將流速計(jì)測范圍擴(kuò)大成了2倍，但當(dāng)然也可以在負(fù)流速范圍中將流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍。在負(fù)流速范圍中將流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍的情況下，只要選擇圖25所示的流速范圍切換104的″此外，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41G，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41G協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)10F的功能；但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)50或多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)10中。
第11實(shí)施方式圖27是表示本發(fā)明的第11實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10G的功能方框圖。
圖27所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10G構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41H，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41H協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)的功能。
根據(jù)圖27，多普勒式超聲波流量計(jì)10G相對于圖24所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10F，具備用來判斷在所計(jì)算出的被測流體12的流速分布中是否存在負(fù)的流速值的正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)106、和在判斷為不存在負(fù)值時(shí)對流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)將正流速的流速計(jì)測范圍切換為2倍的流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107，來代替流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101。
另外，作為流速數(shù)據(jù)取得機(jī)構(gòu)的Udflow單元13和流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67構(gòu)成流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，Udflow單元13、流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67及流量計(jì)算機(jī)構(gòu)68構(gòu)成流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，以上這點(diǎn)在本實(shí)施方式中也同樣。
正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)106對流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67所計(jì)算出的被測流體12的流速分布進(jìn)行是否存在負(fù)的流速值的判斷。流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107在正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)106判斷為不存在負(fù)的流速值的情況下，不由計(jì)測者進(jìn)行是否切換流速計(jì)測范圍的確認(rèn)，而自動地將正流速的流速計(jì)測范圍切換成2倍。
圖28是按處理流程說明作為多普勒式超聲波流量計(jì)10G的超聲波流量計(jì)測方法的超聲波流量計(jì)測流程(在圖28中，記作第8超聲波流量計(jì)測流程)的說明圖。
根據(jù)圖28，多普勒式超聲波流量計(jì)10G所進(jìn)行的超聲波流量計(jì)測流程包括反射體群速度計(jì)算過程(步驟S71)，流速分布計(jì)測處理過程(步驟S72)，判斷是否進(jìn)行流速計(jì)測范圍的切換的流速范圍切換判斷過程(步驟S73～步驟S74)，流速分布輸出過程(步驟S75)，流速零線顯示過程(步驟S76)，流量計(jì)測處理過程(步驟S77)，和流速計(jì)測范圍切換過程(步驟S78)。
在多普勒式超聲波流量計(jì)10G所進(jìn)行的超聲波流量計(jì)測流程中，首先，進(jìn)行反射體群速度計(jì)算過程(步驟S71)及流速分布計(jì)測處理過程(步驟S72)。反射體群速度計(jì)算過程(步驟S71)及流速分布計(jì)測處理過程(步驟S72)是與圖26所示的反射體群速度計(jì)算過程(步驟S61)及流速分布計(jì)測處理過程(步驟S62)相同的處理過程。
反射體群速度計(jì)算過程(步驟S71)及流速分布計(jì)測處理過程(步驟S72)結(jié)束后，接著進(jìn)行流速范圍切換判斷過程(步驟S73)，正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)106判斷是否進(jìn)行流速計(jì)測范圍的切換。
在流速范圍切換判斷過程(步驟S73)中，正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)106對流速分布計(jì)算機(jī)構(gòu)67所計(jì)算出的被測流體12的流速分布判斷是否存在負(fù)的流速值，在判斷出存在負(fù)的流速值的情況(在步驟S73中為NO的情況)下，不進(jìn)行流速計(jì)測范圍的切換，而是接著進(jìn)行流速分布輸出過程(步驟S74)、流速零線顯示過程(步驟S75)及流量計(jì)測處理過程(步驟S76)。
流速分布輸出過程(步驟S74)、流速零線顯示過程(步驟S75)及流量計(jì)測處理過程(步驟S76)與圖26所示的流速分布輸出過程(步驟S63)、流速零線顯示過程(步驟S64)及流量計(jì)測處理過程(步驟S66)相同。接著，流速分布輸出過程(步驟S74)、流速零線顯示過程(步驟S75)及流量計(jì)測處理過程(步驟S76)結(jié)束后，多普勒式超聲波流量計(jì)10G進(jìn)行的超聲波流量計(jì)測流程結(jié)束。
另一方面，在流速范圍切換判斷過程(步驟S73)中，在不存在負(fù)的流速值的情況(在步驟S73中為YES的情況)下，正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)106向流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107請求流速計(jì)測范圍的切換。接著，前進(jìn)到步驟S77，在步驟S77中進(jìn)行流速計(jì)測范圍切換過程。
步驟S77的流速計(jì)測范圍切換過程與圖2 6所示的流速計(jì)測范圍切換過程(步驟S67)相同，在該步驟S77的流速計(jì)測范圍切換過程中流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107將正流速的流速計(jì)測范圍切換為2倍。流速計(jì)測范圍切換過程(步驟S77)結(jié)束后，前進(jìn)到步驟S72，執(zhí)行步驟S72以后的處理過程。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10G、使用多普勒式超聲波流量計(jì)10G的流量計(jì)測方法及在該多普勒式超聲波流量計(jì)10G中使用的流量計(jì)測程序，可以根據(jù)需要將可計(jì)測的流速的可計(jì)測范圍、即流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍。
此外，多普勒式超聲波流量計(jì)10G的流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107在正流速范圍中將流速計(jì)測范圍擴(kuò)大成了2倍，但當(dāng)然也可以在負(fù)流速范圍中將流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍。在負(fù)流速范圍中將流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍的情況下，只要將正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)106構(gòu)成為，向流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107請求，以使它在判斷為不存在正值時(shí)將負(fù)流速的計(jì)測范圍切換為2倍，則即使對于逆流的流速，也能將流速計(jì)測范圍擴(kuò)大為2倍。
另外，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，在圖1所示的多普勒式超聲波流量計(jì)10中，通過計(jì)算機(jī)14讀取并執(zhí)行保存在記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41H，使作為硬件的Udflow單元13及計(jì)算機(jī)14、和作為軟件的流量計(jì)測PG41H協(xié)同動作來發(fā)揮作為多普勒式超聲波流量計(jì)10G的功能；但也可以應(yīng)用到多普勒式超聲波流量計(jì)50或多普勒式超聲波流量計(jì)60中，而不是多普勒式超聲波流量計(jì)10中。
進(jìn)而，多普勒式超聲波流量計(jì)10G具備流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107來代替流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101，但也可以構(gòu)成為，同時(shí)具備流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101及流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107。此時(shí)，可以提供準(zhǔn)備了由計(jì)測者手動切換和自動切換兩種方式的多普勒式超聲波流量計(jì)10G。
再者，如果將僅具備流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107的多普勒式超聲波流量計(jì)10G的情況和同時(shí)具備流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101及流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107的多普勒式超聲波流量計(jì)10G的情況相比較，則在同時(shí)具備流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)101及流速范圍自動切換機(jī)構(gòu)107的多普勒式超聲波流量計(jì)10G的情況下，即使由自動切換機(jī)構(gòu)107進(jìn)行了計(jì)測者未打算進(jìn)行的流速計(jì)測范圍的切換，也能夠進(jìn)行手動切換，所以在利用上比較方便。
另外，本發(fā)明所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)，在任一個實(shí)施方式中，不僅能發(fā)揮作為在計(jì)測了被測流體12的流速分布后、用來計(jì)測被測流體12的流量的流量計(jì)的功能，當(dāng)然也能夠發(fā)揮作為計(jì)測被測流體12的流速分布的流速分布計(jì)的功能。此外，流速分布及流量計(jì)測結(jié)果的顯示，既可以例如圖9所示那樣一起顯示，也可以分別顯示，來構(gòu)成多普勒式超聲波流量計(jì)。
另一方面，本發(fā)明所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)10中使用的流量計(jì)測PG41也可以不是一個程序，只要是使計(jì)算機(jī)14能夠執(zhí)行所有的流程的程序，則也可以適當(dāng)分割。
此外，流量計(jì)測程序41等程序，也可以存儲到存儲介質(zhì)中而僅提供程序。在此，所謂″的程序的介質(zhì)，例如為軟盤、硬盤、CD-ROM、MO(光磁盤)、DVD-ROM、PD等。
進(jìn)而，保存在計(jì)算機(jī)14的記錄機(jī)構(gòu)37中的流量計(jì)測PG41等程序能夠在與經(jīng)由I/F機(jī)構(gòu)40和電通信線路電連接的其它計(jì)算機(jī)之間相互傳送。因而，既能夠從計(jì)算機(jī)14將程序傳送給其它計(jì)算機(jī)，也能夠從保存程序的其它計(jì)算機(jī)將該程序預(yù)裝載或者下載。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明所涉及的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序，能夠提供即使在流速分布的測量值中產(chǎn)生偏差的情況下、也能夠進(jìn)行更正確的流速分布計(jì)測或流量計(jì)測的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
此外，能夠提供可根據(jù)測量對象的變量自動計(jì)算要調(diào)整到的最合適值的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
進(jìn)而，能夠提供不受硬件的限制而能將可計(jì)測范圍比以前擴(kuò)大的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
再者，能夠提供能夠判斷是否存在流速為負(fù)值的流動、并且在不存在負(fù)值時(shí)能夠?qū)⒖蓽y量的速度范圍擴(kuò)大的多普勒式超聲波流量計(jì)、使用多普勒式超聲波流量計(jì)的流量計(jì)測方法及該多普勒式超聲波流量計(jì)中使用的流量計(jì)測程序。
用語說明″m(t)時(shí)，進(jìn)行如下公式2的運(yùn)算的機(jī)構(gòu)。
公式2m(t)＝ρ∫v(x·t) ·dA......(1)其中，ρ被測流體的密度v(x·t)時(shí)間t時(shí)的速度成分(x方向)A被測流體通過的截面面積(配管橫截面面積)此外，可以從上述式(1)將時(shí)間t內(nèi)流過流體配管的流量m(t)改寫為下式。
公式3m(t)＝ρ∫∫vx(r·θ·t)·r·dr·dθ......(2)其中，vx(r·θ·t)時(shí)間t時(shí)從配管橫截面上的中心距離r、角度θ處在管軸方向的速度成分。
權(quán)利要求
1.一種多普勒式超聲波流量計(jì)，其特征在于，具備超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)，用來使所需振蕩頻率的超聲波脈沖從超聲波換能器沿著測量線向流體配管內(nèi)的被測流體中入射；流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來接收入射到被測流體中的超聲波脈沖中被從測量區(qū)域反射的超聲波回波，并測量測量區(qū)域中的被測流體的流速分布；流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來基于上述被測流體的流速分布，運(yùn)算上述測量區(qū)域中的被測流體的流量；流速分布輸出機(jī)構(gòu)，用來將測量區(qū)域中的被測流體的速度分布按照與測量線的距離方向的關(guān)系畫面輸出；流速零點(diǎn)顯示機(jī)構(gòu)，用來將流速的零點(diǎn)連續(xù)地顯示在該流速分布輸出機(jī)構(gòu)所輸出的流速分布上；和流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)，根據(jù)選擇而對流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)將正流速的流速計(jì)測范圍變成2倍；構(gòu)成為，在向該流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)輸入了流速計(jì)測范圍的切換請求時(shí)，上述流速分布輸出機(jī)構(gòu)僅輸出正的流速分布，并且上述流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)基于變成2倍的可測量速度范圍來測量流速分布。
2.一種多普勒式超聲波流量計(jì)，其特征在于，具備超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)，用來使所需振蕩頻率的超聲波脈沖從超聲波換能器沿著測量線向流體配管內(nèi)的被測流體中入射；流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來接收入射到被測流體中的超聲波脈沖中被從測量區(qū)域反射的超聲波回波，并測量測量區(qū)域中的被測流體的流速分布；流量計(jì)測機(jī)構(gòu)，用來基于上述被測流體的流速分布，運(yùn)算上述測量區(qū)域中的被測流體的流量；正負(fù)判斷機(jī)構(gòu)，用來判斷在測量區(qū)域的被測流體的流速分布中是否存在負(fù)值；和流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)，用來在判斷為不存在負(fù)值的情況下，對上述流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)將正流速的測量范圍變?yōu)?倍；流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)構(gòu)成為，基于變成2倍的可測量速度范圍來測量流速分布。
3.一種超聲波流量計(jì)測方法，其特征在于，包括反射體群速度計(jì)算過程，將超聲波脈沖入射到被測流體中，接收超聲波回波并計(jì)算混入在上述被測流體中的多個反射體群的速度；流速分布計(jì)測處理過程，根據(jù)在該反射體群速度計(jì)算過程中得到的上述反射體的速度分布數(shù)據(jù)計(jì)測上述被測流體的流速分布；流速分布輸出過程，按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系畫面輸出被測流體的流速分布；速度零線顯示過程，將流速零線重疊在在該流速分布輸出過程中畫面輸出的流速分布上顯示；流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程，對是否切換流速計(jì)測范圍進(jìn)行確認(rèn)；流速計(jì)測范圍切換過程，在該流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程中有流速計(jì)測范圍的切換請求的情況下，將正流速的流速計(jì)測范圍變?yōu)?倍；和流量計(jì)測處理過程，對上述被測流體的速度分布數(shù)據(jù)再進(jìn)行運(yùn)算處理來計(jì)測流量。
4.一種超聲波流量計(jì)測方法，其特征在于，包括反射體群速度計(jì)算過程，將超聲波脈沖入射到被測流體中，接收超聲波回波并計(jì)算混入在上述被測流體中的多個反射體群的速度；流速分布計(jì)測處理過程，根據(jù)在該反射體群速度計(jì)算過程中得到的上述反射體的速度分布數(shù)據(jù)計(jì)測上述被測流體的流速分布；流速范圍切換判斷過程，判斷是否進(jìn)行流速計(jì)測范圍的切換；流速分布輸出過程，按照與測量線ML的距離方向的關(guān)系畫面輸出被測流體的流速分布；速度零線顯示過程，將流速零線重疊在在該流速分布輸出過程中畫面輸出的流速分布上顯示；流速計(jì)測范圍切換過程，在該流速計(jì)測范圍切換確認(rèn)過程中有流速計(jì)測范圍的切換請求的情況下，將正流速的流速計(jì)測范圍變?yōu)?倍；和流量計(jì)測處理過程，對上述被測流體的速度分布數(shù)據(jù)再進(jìn)行運(yùn)算處理來計(jì)測流量。
全文摘要
一種多普勒式超聲波流量計(jì)，其特征在于，具備超聲波發(fā)送機(jī)構(gòu)；流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)；流量計(jì)測機(jī)構(gòu)；流速分布輸出機(jī)構(gòu)；流速零點(diǎn)顯示機(jī)構(gòu)，用來將流速的零點(diǎn)連續(xù)地顯示在該流速分布輸出機(jī)構(gòu)所輸出的流速分布上；和流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)，根據(jù)選擇而對流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)將正流速的流速計(jì)測范圍變成2倍；構(gòu)成為，在向該流速計(jì)測范圍切換機(jī)構(gòu)輸入了流速計(jì)測范圍的切換請求時(shí)，上述流速分布輸出機(jī)構(gòu)僅輸出正的流速分布，并且上述流速分布計(jì)測機(jī)構(gòu)基于變成2倍的可測量速度范圍來測量流速分布。根據(jù)上述構(gòu)成，提供能夠判斷是否存在流速為負(fù)值的流動、并且在不存在負(fù)值時(shí)能夠?qū)⒖蓽y量的速度范圍擴(kuò)大的多普勒式超聲波流量計(jì)及超聲波流量計(jì)測方法。
文檔編號G01P5/24GK101093173SQ200710126500
公開日2007年12月26日 申請日期2003年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月4日
發(fā)明者武田靖, 森治嗣 申請人:東京電力株式會社, 武田靖