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JP2000180230A - Flowmeter and method for measuring flow rate - Google Patents

Flowmeter and method for measuring flow rate

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Publication number
JP2000180230A
JP2000180230A JP10359150A JP35915098A JP2000180230A JP 2000180230 A JP2000180230 A JP 2000180230A JP 10359150 A JP10359150 A JP 10359150A JP 35915098 A JP35915098 A JP 35915098A JP 2000180230 A JP2000180230 A JP 2000180230A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow
flow velocity
flow rate
water
water depth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10359150A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sakuki Inagaki
作樹 稲垣
Hideo Kobayashi
秀夫 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
Priority to JP10359150A priority Critical patent/JP2000180230A/en
Publication of JP2000180230A publication Critical patent/JP2000180230A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flowmeter and a flow rate measuring method capable of accurately measuring a flow rate without using a correction factor. SOLUTION: At the level H of fluid and at a plurality of water depths zk, the width W(zk) of a flow passage at each water depth zk is standardized to range from -1 to 1 in the cross direction of the flow passage, so as to establish coordinates in the cross direction of the flow passage; flow velocities (v) at a plurality of points 44 such that for a Legendre spherical function Pn(x), the roots (x1,...xn) of Pn(x)=0 are given are measured and the width W(zk) of the flow passage at each water depth is calculated. From the widths W(zk) of the flow passage and the flow velocities at the plurality of points 44, Gauss' numerical integration is performed to calculate the area of a flow velocity distribution at each water depth. The areas of the flow velocity distributions are integrated for all of the water depths so as to calculate flow rate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、流路を流れる流体
の流量を測定する流量計及び流量測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow meter for measuring a flow rate of a fluid flowing through a flow path and a flow rate measuring method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の流量計としては、流体の
水位を測定する水位測定部と、流路の中心を通る垂直線
上のある固定的な1点の流速を測定する流速測定部と、
を備え、流速測定部で求めた流速値に補正係数(水位の
関数)を乗じて断面の平均流速を求め、水位から断面積
を計算し、断面積と平均流速を乗算することで流速を求
めるものが知られている。流速測定部としては、ドップ
ラー式超音波流速計が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a flow meter of this type, a water level measuring section for measuring a water level of a fluid, and a flow rate measuring section for measuring a flow rate at a certain fixed point on a vertical line passing through the center of a flow path. ,
The average velocity of the cross section is obtained by multiplying the flow velocity value obtained by the flow velocity measurement unit by the correction coefficient (a function of the water level), the cross sectional area is calculated from the water level, and the flow velocity is obtained by multiplying the cross sectional area by the average flow velocity. Things are known. As the flow velocity measuring unit, a Doppler ultrasonic velocity meter is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の流量計では、流速測定部が1点の流速から補正係
数を乗じて平均流速を求めるために、補正係数の精度が
問題となる。この補正係数は、対称形の流速分布を仮定
して設定されており、流量計の設置条件が厳しく決めら
れている。例えば、設置条件として、上流側に直線部を
10D(Dは管径)以上、下流側に5D以上を必要とす
る。しかしながら、この設置条件を満足していても、上
流側の何等かの影響で流速分布の対称性が崩れた場合に
は、求めた流量計に誤差が生じるという問題がある。ま
た、予め、補正係数を求めておかなければならないた
め、補正係数の決定に手間がかかるという問題がある。
流速測定部の測定点の位置が変更されれば、補正係数を
求め直さなければならない。
However, in such a conventional flow meter, the accuracy of the correction coefficient becomes a problem because the flow velocity measuring section multiplies the correction velocity by the correction coefficient from the flow velocity at one point. This correction coefficient is set assuming a symmetric flow velocity distribution, and the installation conditions of the flow meter are strictly determined. For example, as installation conditions, a straight section needs to be 10D or more (D is a pipe diameter) on the upstream side and 5D or more on the downstream side. However, even if the installation conditions are satisfied, there is a problem that an error occurs in the obtained flow meter if the symmetry of the flow velocity distribution is broken due to some influence on the upstream side. Further, since the correction coefficient must be obtained in advance, there is a problem that it takes time to determine the correction coefficient.
If the position of the measurement point of the flow velocity measurement unit is changed, the correction coefficient must be obtained again.

【0004】また、他の問題としては、上述の理由から
流速測定部の測定点が容易に変更できないため、水位が
流速測定部の測定点よりも低くなると、測定ができない
ということがある。かかる問題を回避するために、水位
が測定点よりも低い場合には、水位に対応して流速値を
疑似的に発生させ、上記と同様に流量を計算することが
行われるが、疑似的に発生させる流速値が実状と異なる
ため、補正係数を掛けても平均流速と異なり、誤差が生
じるという問題がある。
[0004] Another problem is that the measurement point of the flow velocity measuring unit cannot be easily changed for the above-mentioned reason, so that measurement cannot be performed when the water level is lower than the measurement point of the flow velocity measuring unit. In order to avoid such a problem, when the water level is lower than the measurement point, the flow velocity value is generated in a pseudo manner corresponding to the water level, and the flow rate is calculated in the same manner as described above. Since the flow velocity value to be generated is different from the actual state, there is a problem that an error occurs even when multiplied by the correction coefficient, which is different from the average flow velocity.

【0005】本発明はかかる従来の課題に鑑みなされた
もので、請求項1ないし請求項7記載の発明は、補正係
数を用いることなく、精度よく流量を求めることができ
る流量計及び流量測定方法を提供することをその目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a conventional problem, and the invention according to claims 1 to 7 has a flow meter and a flow measuring method capable of accurately obtaining a flow rate without using a correction coefficient. Its purpose is to provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の流量計は、流体の水位を測定する水位測定部
と、複数の水深において、各水深における流路幅を流路
幅方向に−1から1に亘るものとして規格化し流路幅方
向に座標をとったときに、Legendreの球函数P
n(x)に対してPn(x)=0の根(x1、…xn)
となる複数の点の流速を測定する流速測定部と、前記各
水深における流路幅を計算し、流路幅と流速測定部で測
定した複数の点の流速から、ガウスの数値積分を行い各
水深における流速分布の面積を計算し、流速分布の面積
を全水深にわたって積分することで、流量を計算する流
量演算部と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a flow meter according to the present invention comprises a water level measuring unit for measuring the water level of a fluid, and a flow path width at each of a plurality of water depths. When the coordinates are taken in the width direction of the flow channel, normalized as a range from -1 to 1, the spherical function P of Legendre
For n (x), the root of Pn (x) = 0 (x1,... xn)
A flow velocity measurement unit that measures the flow velocity of a plurality of points, and calculates the flow channel width at each of the water depths, performs a Gaussian numerical integration from the flow widths and the flow velocities of the plurality of points measured by the flow velocity measurement unit. A flow rate calculation unit that calculates a flow rate by calculating an area of the flow velocity distribution at the water depth and integrating the area of the flow velocity distribution over the entire water depth.

【0007】また、本発明の流量測定方法は、流体の水
位と、複数の水深において、各水深における流路幅を流
路幅方向に−1から1に亘るものとして規格化し流路幅
方向に座標をとったときに、Legendreの球函数
Pn(x)に対してPn(x)=0の根(x1、…x
n)となる複数の点の流速と、を測定し、前記各水深に
おける流路幅を計算し、流路幅と前記複数の点の流速か
ら、ガウスの数値積分を行い各水深における流速分布の
面積を計算し、流速分布の面積を全水深にわたって積分
することで、流量を計算する、ことを特徴とする。
In the flow rate measuring method of the present invention, the flow path width at each water depth and the water level at a plurality of water depths is standardized as extending from -1 to 1 in the flow path width direction. When the coordinates are taken, the root (x1,... X) of Pn (x) = 0 with respect to the Legendre's spherical function Pn (x)
n), the flow velocity at a plurality of points is measured, the flow path width at each water depth is calculated, and from the flow path width and the flow velocity at the plurality of points, Gaussian numerical integration is performed to calculate the flow velocity distribution at each water depth. The flow rate is calculated by calculating the area and integrating the area of the flow velocity distribution over the entire water depth.

【0008】ガウスの数値積分とは、ある任意の関数f
(x)が2n−1次以下の多項式である場合に、
A Gaussian numerical integration is an arbitrary function f
When (x) is a polynomial of degree 2n-1 or less,

【0009】[0009]

【数1】 と表され、f(x)の積分がLegendreの球函数
Pn(x)に対してPn(x)=0の根とその根から導
かれる重み係数wiの総和で表すことができる、という
ものである。ここで、Legendreの球函数とは、
n−1次以下のすべての多項式Q(x)に対して、
(Equation 1) And the integral of f (x) can be represented by the sum of the root of Pn (x) = 0 and the weighting factor wi derived from the root with respect to the Legendre spherical function Pn (x). is there. Here, the Legendre's spherical function is
For all polynomials Q (x) of degree n-1 or less,

【0010】[0010]

【数2】 を満足するn次の多項式Pn(x)をいい、Pn(x)
は、
(Equation 2) Means an n-order polynomial Pn (x) that satisfies
Is

【0011】[0011]

【数3】 と表される。Pn(x)=0の根をx1,x2,・・・
xnとすると、その根はすべて実根且つ単根で−1と1
との間にある。
(Equation 3) It is expressed as The roots of Pn (x) = 0 are x1, x2,.
xn, all the roots are real and single roots, -1 and 1
Between.

【0012】また、(1)式の重み係数wiは、The weighting coefficient wi in the equation (1) is

【0013】[0013]

【数4】 で表される。(Equation 4) It is represented by

【0014】(1)式は次のようにして得られる。即
ち、2n−1次以下の多項式であるf(x)をPn
(x)で割ってf(x)=Pn(x)Q(x)+φ
(x)とすると、その商Q(x)も剰余φ(x)もn−
1次以下であるから、
Equation (1) is obtained as follows. That is, f (x), which is a polynomial of degree 2n-1 or less, is expressed as Pn
Divide by (x) and f (x) = Pn (x) Q (x) + φ
(X), both the quotient Q (x) and the remainder φ (x) are n−
Because it is less than primary

【0015】[0015]

【数5】 となる。さらにφ(x)は、(Equation 5) Becomes Furthermore, φ (x) is

【0016】[0016]

【数6】 で表され、φ(xi)=f(xi)であるから、(1)
式が得られる。
(Equation 6) Since φ (xi) = f (xi), (1)
An expression is obtained.

【0017】n=2,3,4のときの上記Legend
reの球函数Pn(x)=0の根と重み係数の実数値
は、次表の値となる。
The above Legend when n = 2, 3, 4
The roots of the spherical function Pn (x) = 0 of re and the real values of the weighting coefficients are as shown in the following table.

【0018】[0018]

【表1】 尚、Legendreの球函数及びガウスの数値積分に
ついては、「解析概論」(高木貞治著、改訂第3版、軽
装版、1983年9月27日、株式会社岩波書店発行、
119頁〜129頁)に詳説されている。
[Table 1] For the Legendre's spherical functions and Gauss's numerical integration, see "Analysis Overview" (Sadaharu Takagi, Third Edition, Light Edition, September 27, 1983, published by Iwanami Shoten Co., Ltd.,
Pp. 119-129).

【0019】ある水深における流速分布は、流路幅方向
の位置xの2n−1次の関数であると考えられるので、
(1)式のガウスの数値積分を用いて、流速分布の面積
を簡単に求めることができる。
Since the flow velocity distribution at a certain water depth is considered to be a 2n-1 order function of the position x in the flow channel width direction,
The area of the flow velocity distribution can be easily obtained by using the Gaussian numerical integration of the equation (1).

【0020】今、ある水深zkにおいて、その流路幅W
(zk)を流路幅方向に−1から1に亘るものとして規
格化し流路幅方向に座標をとったときに、Legend
reの球函数Pn(x)に対してPn(x)=0の根x
1,x2,・・・xnとなる複数の点の流速がvzk
(x1)、vzk(x2),・・・vzk(xn)であ
ったとする。(1)式のガウスの数値積分を行うことに
より、流速分布の面積Azkは、
At a certain water depth zk, the flow path width W
When (zk) is normalized as extending from -1 to 1 in the flow channel width direction and coordinates are taken in the flow channel width direction, Legend
The root x of Pn (x) = 0 for the spherical function Pn (x) of re
The flow velocity at a plurality of points of 1, x2,.
(X1), vzk (x2),... Vzk (xn). By performing the Gaussian numerical integration of the equation (1), the area Azk of the flow velocity distribution becomes

【0021】[0021]

【数7】 で計算される。通常、流速分布は、よほど流れに乱れが
ない限り、低次の関数で表されると考えられる。そこ
で、流速分布を3次以下(2n−1=3,n=2)の関
数であると推定すると、流速分布の面積は、表のn=2
の欄を参照して、
(Equation 7) Is calculated. Normally, it is considered that the flow velocity distribution is represented by a low-order function unless the flow is turbulent. Then, when it is estimated that the flow velocity distribution is a function of the third order or less (2n-1 = 3, n = 2), the area of the flow velocity distribution becomes n = 2 in the table.
Refer to the column of

【0022】[0022]

【数8】 で求められることとなり、非常に簡単に且つ正確に流速
分布の面積を求めることができる。但し、上記流速分布
の面積の式は、流路幅を2(x=−1〜1)として規格
化した場合のものであるので、流路幅W(zk)を用い
て、実際の流速分布の面積A’(zk)に変換する必要
がある。即ち、
(Equation 8) Thus, the area of the flow velocity distribution can be obtained very easily and accurately. However, since the formula of the area of the flow velocity distribution is a case where the flow path width is standardized as 2 (x = −1 to 1), the actual flow velocity distribution is calculated using the flow path width W (zk). Needs to be converted to the area A ′ (zk). That is,

【0023】[0023]

【数9】 このようにして、複数の水深において、流速分布の面積
A’(zk)を求め、この流速分布の面積を全水深にわ
たって積分することで、流量を計算することができる。
即ち、
(Equation 9) In this way, the flow rate can be calculated by calculating the area A ′ (zk) of the flow velocity distribution at a plurality of water depths and integrating the area of the flow velocity distribution over the entire water depth.
That is,

【0024】[0024]

【数10】 として、流速分布の面積を全水深にわたって積分するこ
とで、流量Qを計算することができる。
(Equation 10) By integrating the area of the flow velocity distribution over the entire water depth, the flow rate Q can be calculated.

【0025】また任意には、上記流速分布の面積の全水
深にわたる積分を、さらにガウスの数値積分とすること
により、演算処理を簡略化することができる。即ち、流
速分布の面積A’(z)も、上下方向の位置zの2n−
1次の関数であると考えられるので、上下方向に流路の
水深を−1から1に亘るものとして規格化し上下方向に
座標をとったときに、Legendreの球函数Pn
(z)に対してPn(z)=0の根(z1、…zn)と
なる複数の点の水深における流速分布の面積を用いて、
流量を求めることができる。流量Qは、
Optionally, the arithmetic processing can be simplified by integrating the area of the flow velocity distribution over the entire water depth with a Gaussian numerical integration. That is, the area A ′ (z) of the flow velocity distribution is also 2n−
Since it is considered to be a first-order function, when the water depth of the flow path is normalized in the vertical direction as ranging from −1 to 1 and coordinates are taken in the vertical direction, the Legendre's spherical function Pn
Using the area of the flow velocity distribution at the water depth at a plurality of points that are roots (z1,..., Zn) of Pn (z) = 0 with respect to (z),
The flow rate can be determined. The flow rate Q is

【0026】[0026]

【数11】 で計算される。流速分布の面積も水深の関数とみなす
と、低次の関数であると考えられるので、3次以下の関
数であると推定すると、
[Equation 11] Is calculated. If the area of the flow velocity distribution is also considered to be a function of water depth, it is considered to be a lower-order function.

【0027】[0027]

【数12】 で表されることとなり、非常に簡単に且つ正確に流量を
求めることができる。
(Equation 12) The flow rate can be obtained very easily and accurately.

【0028】複数の水深において、各水深における流路
幅に対してLegendreの球函数Pn(x)=0の
根となる複数の点の流速を測定する流速測定部として
は、任意の手段を用いることができるが、好ましくは、
パルス超音波を流体の流れに対して角度をなす方向に送
信すると共に、流体内を流れる粒子によって反射された
反射波を受信する、複数のパルスドップラー式超音波流
速計を用いることができる。パルス超音波の送信方向を
所定方向に設定し、且つ送信から所定時間経過後の所定
方向からの受信信号を受信することにより、任意の測定
点における流速を測定することができる。従って、Le
gendreの球函数Pn(x)=0の根となる任意の
点の流速測定を行うことができる。
At a plurality of water depths, an arbitrary means is used as a flow velocity measuring unit for measuring the flow velocity at a plurality of points at the root of the Legendre spherical function Pn (x) = 0 with respect to the flow path width at each water depth. But preferably,
A plurality of pulse Doppler ultrasonic velocimeters can be used that transmit pulsed ultrasonic waves in a direction at an angle to the flow of the fluid and receive reflected waves reflected by particles flowing in the fluid. By setting the transmission direction of the pulsed ultrasonic wave to a predetermined direction and receiving a reception signal from a predetermined direction after a lapse of a predetermined time from the transmission, it is possible to measure the flow velocity at an arbitrary measurement point. Therefore, Le
It is possible to measure the flow velocity at an arbitrary point that is the root of the gendre spherical function Pn (x) = 0.

【0029】また、この複数のパルスドップラー式超音
波を、流路の底部から上方へ向かってパルス超音波を送
信するようにすることで、水位が低くなっても、確実に
所定の測定点の流速を測定することができる。または、
水位測定部及び流速測定部の各測定点よりも下流側の流
路に着脱可能に設けられる絞り機構を備えることで、水
位が低い場合でも、パルス超音波の送受信を行うセンサ
が水没し、確実に所定の測定点の流速を測定することが
できる。大流量となり常時水位が高くなったら、絞り機
構を取り除くことで、本来の流れを制限することを防ぐ
ことができる。
Further, by transmitting the plurality of pulse Doppler ultrasonic waves upward from the bottom of the flow path, even if the water level becomes low, the predetermined measurement points can be reliably measured. The flow rate can be measured. Or
By providing a throttle mechanism detachably provided in the flow path downstream of each measurement point of the water level measurement unit and the flow velocity measurement unit, even when the water level is low, the sensor that transmits and receives pulsed ultrasonic waves submerges, ensuring The flow velocity at a predetermined measurement point can be measured. When the flow rate is large and the water level is constantly high, the restriction of the original flow can be prevented by removing the throttle mechanism.

【0030】尚、上記Legendreの球函数Pn
(x)に対してPn(x)=0の根となる複数の点と
は、厳密にLegendreの球函数Pn(x)に対し
てPn(x)=0の根と一致する点のみならず、その近
傍の点も含むものである。
The Legendre's spherical function Pn
The plurality of points that are roots of Pn (x) = 0 with respect to (x) include not only points that exactly match the roots of Pn (x) = 0 with respect to the Legendre spherical function Pn (x). , And points in the vicinity thereof.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は、本発明の流量計の構成を表
すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a flow meter according to the present invention.

【0032】図において、流量計10は、主に、開水路
(流路)40を流れる流体42の水位を測定する水位測
定部12、複数の測定点における流速を測定する流速測
定部14、水位測定部12及び流速測定部14の制御を
行う制御部16、水位測定部12及び流速測定部14か
らの出力から流量を測定する流量演算部18、流量演算
部18に接続され流量の表示を行う表示部22、制御部
16及び流量演算部18に接続され外部との入出力を行
う入出力部20、流体42の温度を測定してその測定信
号を流量演算部18へと出力する温度センサ38を備え
ている。
In the figure, a flow meter 10 mainly includes a water level measurement unit 12 for measuring the water level of a fluid 42 flowing through an open channel (flow channel) 40, a flow velocity measurement unit 14 for measuring the flow velocity at a plurality of measurement points, A control unit 16 for controlling the measurement unit 12 and the flow velocity measurement unit 14, a flow calculation unit 18 for measuring the flow rate from the outputs from the water level measurement unit 12 and the flow velocity measurement unit 14, and a flow rate calculation unit 18 for displaying the flow rate. An input / output unit 20 connected to the display unit 22, the control unit 16 and the flow rate calculation unit 18 for inputting / outputting data from / to the outside; It has.

【0033】水位測定部12は、マイクロ波式、水中設
置型超音波式、圧力式等の公知のレベル計を使用するこ
とができるが、この実施の形態では、液面上方に超音波
センサが配置される超音波式レベル計が用いられてお
り、制御部16からのトリガ信号によって送信信号を出
力する送信回路24と、送信回路24からの送信信号を
受けて超音波パルスを液面へ向けて送出する超音波送信
器及び液面からの反射波を受信する超音波受信器からな
る水位センサ26と、水位センサ26の超音波受信器か
らの受信信号を増幅し、送信信号から受信信号までのゲ
ート信号を生成する受信回路28と、ゲート信号の時間
幅を計時するカウンタ29と、を備えている。このカウ
ンタ29からの出力によって、水位センサ26から液面
までの距離が分かる。予め既知である水位センサ26と
開水路40の底面との間の距離から、この水位センサ2
6から液面までの距離を差し引くことによって、水位H
(図2参照)が求められる。
As the water level measuring unit 12, a known level meter such as a microwave type, an underwater type ultrasonic type, and a pressure type can be used. In this embodiment, an ultrasonic sensor is provided above the liquid level. An ultrasonic level meter to be arranged is used, and a transmission circuit 24 that outputs a transmission signal in response to a trigger signal from the control unit 16 and receives the transmission signal from the transmission circuit 24 and directs an ultrasonic pulse to the liquid surface Level sensor 26, which is composed of an ultrasonic transmitter for transmitting and receiving the reflected wave from the liquid level, and amplifying the reception signal from the ultrasonic receiver of the water level sensor 26, from the transmission signal to the reception signal. And a counter 29 for counting the time width of the gate signal. The output from the counter 29 indicates the distance from the water level sensor 26 to the liquid level. From the distance between the water level sensor 26 and the bottom surface of the open channel 40 which is known in advance, the water level sensor 2
By subtracting the distance from 6 to the liquid level, the water level H
(See FIG. 2).

【0034】流速測定部14は、制御部16からの所定
時間間隔T毎のトリガ信号によって送信信号を出力する
送信回路30と、送信回路30からの送信信号を受けて
所定間隔T毎に超音波パルスを流体に向けて送出すると
共に、送信後に受信回路34に接続切替されて、反射波
を受信する送受信器からなる流速センサ32と、流速セ
ンサ32からの受信信号を増幅する受信回路34と、受
信信号にゲートをかけて、所定時間経過後の受信信号の
サンプリングを行い、フーリエ変換を行うことでドップ
ラーシフト周波数を検出するドップラーシフト検出回路
36と、を備える、パルスドップラー式超音波流速計で
ある。
The flow velocity measuring unit 14 outputs a transmission signal in response to a trigger signal from the control unit 16 at predetermined time intervals T, and receives a transmission signal from the transmission circuit 30 and receives an ultrasonic signal at predetermined intervals T. A flow rate sensor 32 including a transceiver that transmits and receives a pulse toward a fluid and is connected to a reception circuit 34 after transmission to receive a reflected wave, a reception circuit 34 that amplifies a reception signal from the flow rate sensor 32, By applying a gate to the received signal, sampling the received signal after a predetermined time has elapsed, and a Doppler shift detection circuit 36 that detects a Doppler shift frequency by performing a Fourier transform, comprising: a pulse Doppler ultrasonic current meter. is there.

【0035】図2に示したように、流速センサ32は、
開水路40の底部に配置された2つの送受信器からな
り、その送受信器32、32から送信される超音波パル
スが所定の方向を向くように設定されている。この所定
の方向とは、図2(a)に示したように、開水路40の
横断面で見たときに、いかなる水深においても、その水
深における流路幅を−1から1に亘るものとしたとき
に、約±0.577になる点を通過するように、設定さ
れる。また、図2(b)に示したように、開水路40の
縦断面で見たときには、流体の流れに対して所定の角度
θをなす方向に超音波パルスが送信されるように、設定
される。
As shown in FIG. 2, the flow rate sensor 32
It consists of two transceivers arranged at the bottom of the open channel 40, and is set so that the ultrasonic pulses transmitted from the transceivers 32, 32 face a predetermined direction. The predetermined direction, as shown in FIG. 2 (a), means that when viewed in a cross section of the open channel 40, the channel width at any water depth ranges from -1 to 1 at any water depth. Is set so as to pass through a point of about ± 0.577. Further, as shown in FIG. 2B, when viewed in a longitudinal section of the open channel 40, the ultrasonic pulse is set to be transmitted in a direction forming a predetermined angle θ with respect to the flow of the fluid. You.

【0036】送受信器32、32から送信された超音波
パルスは、流体中の粒子で散乱反射され、その反射波が
再び同じ送受信器32、32で受信される。受信される
反射波はドップラーシフトを受けるので、ドップラーシ
フト検出回路36で、受信信号をフーリエ変換して、こ
のドップラーシフトΔfを求め、A/D変換を行う。
The ultrasonic pulses transmitted from the transceivers 32, 32 are scattered and reflected by the particles in the fluid, and the reflected waves are received by the same transceivers 32, 32 again. Since the received reflected wave undergoes a Doppler shift, the Doppler shift detection circuit 36 performs a Fourier transform on the received signal, obtains the Doppler shift Δf, and performs A / D conversion.

【0037】ドップラーシフトΔfは、流体の流速を
v、流体中における超音波の速度をc、送信振動数をf
0とすると、
The Doppler shift Δf is represented by v representing the flow velocity of the fluid, c representing the velocity of the ultrasonic wave in the fluid, and f representing the transmission frequency.
Assuming 0,

【0038】[0038]

【数13】 Δf=(v/c)・cosθ・f0 (8) で表される。Δf = (v / c) · cos θ · f0 (8)

【0039】受信回路34では、複数の水深にある測定
点からの反射波を取り込むことができるようになってい
る。即ち、複数の水深z1,z2,・・,zk,・・z
m≦Hにある測定点44までの距離をL1,L2,・
・,Lk,・・Lmとすると、送信から時間がほぼ2L
1/c,2L2/c,・・,Lk/2,・・,2Lm/
2経過後の受信信号を取り込むことができるように、流
量演算部18からの水位信号に基づき複数のゲート信号
を生成可能となっている。所定のサイクルで、順次、こ
れらの複数のゲート信号を切り換えて当該ゲート内の受
信信号を取り込むことにより、複数の水深z1、z2、
・・・zmにある測定点44のドップラーシフトΔf
1,Δf2,・・・,Δfmを求めることができる。2
つの送受信器32、32の受信信号について、同じ処理
を行うことにより、各水深z1,z2,・・・zmにつ
いて、2つの測定点44のドップラーシフトΔf1(−
0.577),Δf1(0.577),Δf2(−0.
577),Δf2(0.577),・・・,Δfm(−
0.577),Δfm(0.577)を求める。
The receiving circuit 34 can receive reflected waves from measurement points at a plurality of water depths. That is, a plurality of water depths z1, z2,..., Zk,.
The distance to the measurement point 44 where m ≦ H is L1, L2,.
··· Lk, ··· Lm, the time from transmission is almost 2L
1 / c, 2L2 / c,..., Lk / 2,.
A plurality of gate signals can be generated based on the water level signal from the flow rate calculator 18 so that the received signal after two lapses can be captured. In a predetermined cycle, the plurality of gate signals are sequentially switched to take in the received signals in the gates, so that the plurality of water depths z1, z2,
... Doppler shift Δf of measurement point 44 at zm
1, Δf2,..., Δfm can be obtained. 2
By performing the same processing on the received signals of the two transceivers 32, 32, the Doppler shift Δf1 (−f1) of the two measurement points 44 for each water depth z1, z2,.
0.577), Δf1 (0.577), Δf2 (−0.
577), Δf2 (0.577),..., Δfm (−
0.577) and Δfm (0.577).

【0040】流量演算部18には、水位測定部12から
の水位Hと、流速測定部14からのドップラーシフトΔ
f1(−0.577),Δf1(0.577),Δf2
(−0.577),Δf2(0.577),・・・,Δ
fm(−0.577),Δfm(0.577)と、温度
センサ38からの温度の各データが取り込まれる。流量
演算部18は、CPU、メモリを含むマイクロプロセッ
サーで構成することができ、これらのデータを格納する
と共にこれらのデータを用いて流量を求めるものであ
る。
The flow rate calculating section 18 has a water level H from the water level measuring section 12 and a Doppler shift Δ
f1 (−0.577), Δf1 (0.577), Δf2
(−0.577), Δf2 (0.577),..., Δ
fm (−0.577), Δfm (0.577), and temperature data from the temperature sensor 38 are fetched. The flow rate calculating section 18 can be constituted by a microprocessor including a CPU and a memory, and stores these data and calculates the flow rate using these data.

【0041】上記流量演算部18における、演算手順を
以下に説明する。
The calculation procedure in the flow rate calculation section 18 will be described below.

【0042】まず、(8)式を用いて、流速測定部14
からのドップラーシフトΔf1(−0.577),Δf
1(0.577),Δf2(−0.577),Δf2
(0.577),・・・,Δfm(−0.577),Δ
fm(0.577)を、流速v1(−0.577),v
1(0.577),v2(−0.577),v2(0.
577),・・・,vm(−0.577),vm(0.
577)に変換する。但し、(8)式中、流体中におけ
る超音波の速度cは、温度によって変動するため、温度
センサ38からの温度を取り込み、温度による補正を行
った速度cを用いる。
First, using the equation (8), the flow rate measuring unit 14
Shift Δf1 (−0.577), Δf
1 (0.577), Δf2 (−0.577), Δf2
(0.577),..., Δfm (−0.577), Δ
fm (0.577), the flow velocity v1 (−0.577), v
1 (0.577), v2 (-0.577), v2 (0.
577),..., Vm (−0.577), vm (0.
577). However, in equation (8), since the speed c of the ultrasonic wave in the fluid varies depending on the temperature, the speed c obtained by taking in the temperature from the temperature sensor 38 and correcting the temperature is used.

【0043】次いで、上述(3)式を用いて、各水深z
kにおける流速分布の面積を求める。
Next, using the above equation (3), each water depth z
The area of the flow velocity distribution at k is determined.

【0044】[0044]

【数14】 A(z1)=v1(−0.577)+v1(0.577) A(z2)=v2(−0.577)+v2(0.577) ・ ・ A(zm)=vm(−0.577)+vm(0.577) このようにして、求めた流速分布の面積は、それぞれの
水深における流路幅W(zk)を用いて、(4)式に基
づき、実際の流速分布の面積に変換する。流路幅W(z
k)は、zkが分かれば開水路40の形状から求められ
る。そして、変換された流速分布の面積を(5)式を用い
て積分することで、流量Qを求めることができる(図3
参照)。
A (z1) = v1 (−0.577) + v1 (0.577) A (z2) = v2 (−0.577) + v2 (0.577) A (zm) = vm (−) 0.577) + vm (0.577) In this manner, the area of the flow velocity distribution obtained is obtained by calculating the actual flow velocity distribution based on the equation (4) using the flow path width W (zk) at each water depth. Convert to area. Channel width W (z
k) can be obtained from the shape of the open channel 40 if zk is known. Then, the flow rate Q can be obtained by integrating the area of the converted flow velocity distribution using the equation (5) (FIG. 3).
reference).

【0045】[0045]

【数15】Q=A’(z1)・Δz+A’(z2)・Δ
z+・・・A’(zm)・Δz 以上のようにこの実施の形態によれば、従来のように1
点だけの測定点ではなく、複数の測定点における流速を
測定するために、流速分布が対称となっていない場合で
あっても、対応することができ、且つガウスの数値積分
を用いることにより、全断面における多数の測定点の流
速を測定する必要がなく、限定された測定点の流速を測
定するだけで、精度良く、且つ簡単に流量を求めること
ができる。
Q = A ′ (z1) · Δz + A ′ (z2) · Δ
z +... A ′ (zm) · Δz As described above, according to this embodiment, 1
In order to measure the flow velocity at a plurality of measurement points instead of just measurement points, even if the flow velocity distribution is not symmetrical, it is possible to respond, and by using Gaussian numerical integration, It is not necessary to measure the flow velocities at a large number of measurement points in all cross sections, and the flow rate can be accurately and easily obtained by measuring the flow velocities at limited measurement points.

【0046】また、水位が低い場合であっても、流速セ
ンサ32が開水路40の底部に取り付けられており、上
方へ向けて超音波パルスを送信することにより、流速測
定を行うことができる。従って、低水位であっても、正
確に流量を測定することができる。
Further, even when the water level is low, the flow velocity sensor 32 is attached to the bottom of the open channel 40, and the flow velocity can be measured by transmitting an ultrasonic pulse upward. Therefore, even at a low water level, the flow rate can be accurately measured.

【0047】次に、図4は、本発明の第2の実施の形態
の説明図であり、図2に対応するものである。図1の構
成ブロック図は共通するため、その詳細説明は省略す
る。
Next, FIG. 4 is an explanatory diagram of a second embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. Since the configuration block diagram of FIG. 1 is common, detailed description thereof is omitted.

【0048】第1の実施の形態では、多数の水深におい
て流速の測定を行っていたのに対して、本実施の形態で
は、2つの水深における流速の測定のみを行っている点
で異なっている。この2つの水深は、水位Hに対して、
上下方向に水深が−1から1に亘るものとしたときに、
約±0.577となる水深である。受信回路34におけ
るゲート信号を適宜設定することにより、この水深にお
ける流速を測定することができる。上述(3)式を用いて
各水深z=z0.577、z−0.577における流速
分布の面積を求める。
In the first embodiment, the flow velocity is measured at many water depths, whereas in the present embodiment, only the flow velocity is measured at two water depths. . These two water depths are
When the water depth in the vertical direction ranges from -1 to 1,
The water depth is about ± 0.577. By appropriately setting the gate signal in the receiving circuit 34, the flow velocity at this water depth can be measured. Above (3) each depth z = z 0.577 with, obtains the area of the flow velocity distribution in the z -0.577.

【0049】[0049]

【数16】A(0.577)=v0.577(−0.57
7)+v0.577(0.577) A(−0.577)=v-0.577(−0.577)+v
-0.577(0.577) このようにして、求めた2つの流速分布の面積は、それ
ぞれの水深における流路幅W(0.577)、W(−
0.577)を用いて(4)式に基づき、実際の流速分
布の面積に変換され、さらに変換された流速分布の面積
を(7)式を用いて、加算することで、流量Qを求める
ことができる。
A (0.577) = v 0.577 (−0.57)
7) + v 0.577 (0.577) A (−0.577) = v −0.577 (−0.577) + v
-0.577 (0.577) In this way, the areas of the two flow velocity distributions obtained are the flow path widths W (0.577) and W (-
0.577) is converted to the area of the actual flow velocity distribution based on the equation (4), and the converted flow area is added using the equation (7) to obtain the flow rate Q. be able to.

【0050】この第2の実施の形態によれば、第1の実
施の形態に比較して、さらに演算を簡略化することがで
きる。
According to the second embodiment, the operation can be further simplified as compared with the first embodiment.

【0051】以上の実施の形態では、逆台形開水路40
で説明したが、円形開水路についても、同様の方法によ
り流量を求めることができる。
In the above embodiment, the inverted trapezoidal open channel 40
As described above, the flow rate of a circular open channel can be obtained by the same method.

【0052】図5に示したように、円形水路50の場合
には、水路50の底部に配置した2つの送受信器32,
32から送信される超音波パルスをどのように設定して
も、各水深において流路幅を−1から1に亘るものとし
たときに、約±0.577になる点を完全に通過するよ
うに、設定することはできない。しかしながら、例え
ば、図5に示した例では、底の最下点から高さD/10
(Dは管径)において、±0.577近傍になる点を通
過するように設定しており、水位が円形水路50の半径
D/2よりも小さい場合には、高さD/10以外の高さ
においても、概ね、約±0.577になる点を通過する
ように設定することができ、その誤差はわずかとするこ
とができる。図6は、流速と流路幅方向の位置(流路幅
の半分を1としたときに、流路幅の中心線からの距離)
との関係を示す水平流速分布のグラフである。約±0.
577付近では、ほとんど流速が一定であるので、補正
を全くしなくても誤差は小さいが、より精度を高める場
合には、予め求めた図6の関係に基づき、約±0.57
7の点における流速となるように補正を行うこととして
も良い。
As shown in FIG. 5, in the case of a circular waterway 50, two transceivers 32,
Regardless of the setting of the ultrasonic pulse transmitted from No. 32, when the width of the flow path ranges from -1 to 1 at each water depth, the ultrasonic pulse completely passes through a point of about ± 0.577. Cannot be set. However, for example, in the example shown in FIG. 5, the height D / 10 from the lowest point of the bottom.
(D is the pipe diameter), it is set so as to pass through a point near ± 0.577, and when the water level is smaller than the radius D / 2 of the circular waterway 50, a height other than the height D / 10 is used. The height can also be set so as to pass through a point which is approximately ± 0.577, and the error can be small. FIG. 6 shows the flow velocity and the position in the flow channel width direction (the distance from the center line of the flow channel width when half of the flow channel width is 1).
5 is a graph of a horizontal flow velocity distribution showing the relationship with the following. About ± 0.
In the vicinity of 577, since the flow velocity is almost constant, the error is small without any correction. However, when the accuracy is further improved, about ± 0.57 based on the relationship of FIG.
The correction may be performed so that the flow velocity at point 7 is obtained.

【0053】また、円形水路50の場合で、水位が円形
水路50の半径D/2よりも大きくなることがある場合
には、図7に示したように、底部の送受信器32、32
の他に、送受信器32’、32’を配置するとよい。底
部の送受信器32、32の超音波パルスの送信方向の中
心線と、送受信器32’、32’の超音波パルスの送信
方向の中心線とが上下で対称となるように、送受信器3
2’、32’が配置される。そして、半径D/2よりも
高い部分については、送受信器32’、32’によって
流速測定を行い、半径D/2よりも低い部分について
は、送受信器32、32によって流速測定を行うことに
より、いかなる水深においても、約±0.577近傍の
点の流速測定を行うことができる。
In the case of the circular channel 50, when the water level is sometimes larger than the radius D / 2 of the circular channel 50, as shown in FIG.
In addition, the transceivers 32 ′, 32 ′ may be arranged. The transmitter / receiver 3 is arranged such that the center line of the transmitter / receiver 32, 32 at the bottom in the transmission direction of the ultrasonic pulse and the center line of the transmitter / receiver 32 ′, 32 ′ in the transmission direction of the ultrasonic pulse are vertically symmetrical.
2 'and 32' are arranged. The flow rate is measured by the transceivers 32 ′ and 32 ′ for the portion higher than the radius D / 2, and the flow rate is measured by the transceivers 32 and 32 for the portion lower than the radius D / 2. At any depth, the flow velocity measurement at a point near about ± 0.577 can be performed.

【0054】逆台形開水路、円形開水路のみならず、矩
形、卵形等の任意の形状の水路についても、同様に流量
測定を行うことができる。
The flow rate can be measured not only for the inverted trapezoidal open channel and the circular open channel but also for the water channel having an arbitrary shape such as a rectangular shape or an oval shape.

【0055】図8は、さらに低水位対策として、絞り機
構60を設けた流量計の実施の形態を表している。
FIG. 8 shows an embodiment of a flow meter provided with a throttle mechanism 60 as a further measure against a low water level.

【0056】絞り機構60は、水位測定部12の流速セ
ンサ32及び流速測定部14の水位センサ26の下流側
に円形水路50に着脱可能に設けられる。この絞り機構
60によって、流水面積を下げて、水位を管径の例えば
1/10位になるように堰上げすることによって、確実
に流速測定部14の流速センサ32、32が流れに水没
するようにすることができる。
The throttle mechanism 60 is detachably provided in the circular water passage 50 downstream of the flow rate sensor 32 of the water level measuring section 12 and the water level sensor 26 of the flow rate measuring section 14. By reducing the flowing water area by the throttle mechanism 60 and raising the water level to, for example, about 1/10 of the pipe diameter, the flow velocity sensors 32, 32 of the flow velocity measuring unit 14 are surely submerged in the flow. Can be

【0057】定常的に流量が増加し、水位が常時、管径
の例えば1/10以上になったときには、絞り機構60
を撤去し、本来の流れを制限することを防ぐことができ
る。
When the flow rate is steadily increased and the water level constantly becomes, for example, 1/10 or more of the pipe diameter, the throttle mechanism 60
Can be removed to prevent restricting the original flow.

【0058】尚、上記の実施の形態では、流速分布を流
路幅方向の位置xの3次以下の関数であるものと仮定し
て、各水深において2点の流速を求めたが、これに限る
ことなく、3点以上の流速を測定して、より精度を向上
させることも勿論可能である。
In the above-described embodiment, the flow velocity distribution at two points at each water depth is obtained assuming that the flow velocity distribution is a function of the third order or less of the position x in the flow channel width direction. Without limitation, it is of course possible to measure the flow velocity at three or more points to further improve the accuracy.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
ないし7記載の発明によれば、各水深において、複数の
点の流速を測定することから、流れが非対称の場合であ
っても精度良く対応することができる。さらに、ガウス
の数値積分を行って、各水深における流速分布の面積を
計算することから、測定点の数が少なくても、精度良
く、流速分布の面積、ひいては流量を計算することがで
きる。測定点の数が限られたものでよいため、測定及び
演算を簡略化することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention,
According to the inventions described in (7), since the flow velocity at a plurality of points is measured at each water depth, it is possible to accurately cope with the case where the flow is asymmetric. Further, since the area of the flow velocity distribution at each water depth is calculated by performing the Gaussian numerical integration, the area of the flow velocity distribution and the flow rate can be accurately calculated even if the number of measurement points is small. Since the number of measurement points may be limited, measurement and calculation can be simplified.

【0060】また、請求項2及び請求項7記載の発明に
よれば、多数の水深において、流速測定を行う必要がな
くなるため、測定及び演算をさらに簡略化することがで
きる。
According to the second and seventh aspects of the present invention, it is not necessary to measure the flow velocity at a large number of water depths, so that the measurement and the calculation can be further simplified.

【0061】また、請求項3記載の発明によれば、パル
スドップラー式超音波流速計を用いることで、任意の測
定点における流速を測定することができるので、Leg
endreの球函数Pn(x)に対してPn(x)=0
の根となる任意の点の流速測定を行うことができる。
According to the third aspect of the present invention, the flow velocity at an arbitrary measurement point can be measured by using the pulse Doppler type ultrasonic flow meter, so that Leg
Pn (x) = 0 for the spherical function Pn (x) of the endre
Can be measured at any point that is the root of the flow rate.

【0062】また、請求項4及び5記載の発明によれ
ば、水位が低くなっても、確実に所定の測定点の流速を
測定することができ、正確に流量を計算することができ
る。さらに、請求項5記載の発明によれば、定常的に流
量が増加したときには、絞り機構を撤去し、本来の流れ
を制限することを防ぐことができる。
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, even when the water level becomes low, the flow velocity at a predetermined measurement point can be measured reliably, and the flow rate can be accurately calculated. Furthermore, according to the fifth aspect of the invention, when the flow rate increases steadily, the restriction mechanism can be removed to prevent the original flow from being restricted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の流量計の構成を表すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a flow meter according to the present invention.

【図2】(a)は水路の横断面から見た流速測定点を表
す説明図、(b)は水路の縦断面から見た流速測定点を
表す説明図である。
FIG. 2A is an explanatory diagram showing flow velocity measuring points as viewed from a horizontal cross section of a water channel, and FIG. 2B is an explanatory diagram showing flow velocity measuring points as viewed from a vertical cross section of the water channel.

【図3】流速分布を表す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a flow velocity distribution.

【図4】第2の実施の形態における(a)は水路の横断
面から見た流速測定点を表す説明図、(b)は水路の縦
断面から見た流速測定点を表す説明図である。
FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams illustrating flow velocity measurement points as viewed from a horizontal cross section of a water channel, and FIG. 4B is an explanatory diagram illustrating flow velocity measurement points as viewed from a vertical cross section of a water channel in the second embodiment. .

【図5】円形水路の場合について、水路の横断面から見
た流速測定点を表す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing flow velocity measurement points as viewed from a cross section of a water channel in the case of a circular water channel.

【図6】流速と流路幅方向の位置(流路幅の半分を1と
したときに、流路幅の中心線からの距離)との関係を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a flow velocity and a position in a flow path width direction (a distance from a center line of the flow path width when a half of the flow path width is 1).

【図7】円形水路の場合について、水路の横断面から見
た流速測定点を表す説明図であり、水位が水路の半径よ
りも高い場合を示す。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a flow velocity measurement point as viewed from a cross section of a circular channel in a case of a circular channel, showing a case where a water level is higher than a radius of the channel.

【図8】絞り機構を備えた流量計の(a)は、水路の横
断面から見た絞り機構を表す断面図、(b)は水路の縦
断面から見た断面図である。
8A is a cross-sectional view of a flow meter provided with a throttle mechanism, illustrating a throttle mechanism as viewed from a transverse cross section of a water channel, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the flow meter as viewed from a vertical cross section of the water channel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流量計 12 水位測定部 14 流速測定部(パルスドップラー式超音波流速計) 18 流量演算部 40 開水路(流路) 42 流体 50 円形水路(流路) 60 絞り機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow meter 12 Water level measurement part 14 Flow velocity measurement part (pulse Doppler type ultrasonic velocity meter) 18 Flow rate calculation part 40 Open water path (flow path) 42 Fluid 50 Circular water path (flow path) 60 Throttling mechanism

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流路を流れる流体の流量を測定する流量
計であって、 流体の水位を測定する水位測定部と、 複数の水深において、各水深における流路幅を流路幅方
向に−1から1に亘るものとして規格化し流路幅方向に
座標をとったときに、Legendreの球函数Pn
(x)に対してPn(x)=0の根(x1、…xn)と
なる複数の点の流速を測定する流速測定部と、 前記各水深における流路幅を計算し、流路幅と流速測定
部で測定した複数の点の流速から、ガウスの数値積分を
行い各水深における流速分布の面積を計算し、流速分布
の面積を全水深にわたって積分することで、流量を計算
する流量演算部と、を備える流量計。
1. A flow meter for measuring a flow rate of a fluid flowing through a flow path, comprising: a water level measuring unit for measuring a water level of the fluid; When the coordinates are normalized in the range of 1 to 1 and the coordinates are taken in the channel width direction, the Legendre spherical function Pn
A flow velocity measuring unit that measures the flow velocity at a plurality of points that are the roots (x1,... Xn) of Pn (x) = 0 with respect to (x); Flow rate calculation unit that calculates the flow rate by calculating the area of the flow velocity distribution at each water depth by performing Gaussian numerical integration from the flow velocity at multiple points measured by the flow velocity measurement unit, and integrating the area of the flow velocity distribution over the entire water depth And a flow meter comprising:
【請求項2】 前記流速測定部が測定を行う複数の水深
は、上下方向に流路の水深を−1から1に亘るものとし
て規格化し上下方向に座標をとったときに、Legen
dreの球函数Pn(z)に対してPn(z)=0の根
(z1、…zn)となる複数の点の水深であり、流量演
算部が行う流速分布の面積の全水深にわたる積分は、ガ
ウスの数値積分を行って計算した各水深における流速分
布の面積を、さらに、ガウスの数値積分を行うことで、
計算することを特徴とする請求項1記載の流量計。
2. A plurality of water depths measured by the flow velocity measuring unit are defined by standardizing the water depth of the flow path in the vertical direction as ranging from −1 to 1 and taking coordinates in the vertical direction, Legen.
The water depth of a plurality of points that are roots (z1,... zn) of Pn (z) = 0 with respect to the spherical function Pn (z) of dre, and the integral of the area of the flow velocity distribution performed by the flow rate calculator over the entire water depth is , The area of the velocity distribution at each water depth calculated by performing Gaussian numerical integration, and by performing Gaussian numerical integration,
The flow meter according to claim 1, wherein the flow rate is calculated.
【請求項3】 前記流速測定部は、パルス超音波を流体
の流れに対して角度をなす方向に送信すると共に、流体
内を流れる粒子によって反射された反射波を受信する、
パルスドップラー式超音波流速計であることを特徴とす
る請求項1または2記載の流量計。
3. The flow velocity measuring unit transmits the pulsed ultrasonic waves in a direction at an angle to the flow of the fluid and receives a reflected wave reflected by particles flowing in the fluid.
3. The flowmeter according to claim 1, wherein the flowmeter is a pulse Doppler ultrasonic flowmeter.
【請求項4】 前記パルスドップラー式超音波流速計
は、流路の底部から上方へ向かってパルス超音波を送信
することを特徴とする請求項3記載の流量計。
4. The flowmeter according to claim 3, wherein the pulse Doppler ultrasonic flowmeter transmits pulsed ultrasonic waves upward from the bottom of the flow path.
【請求項5】 前記水位測定部及び前記流速測定部の各
測定点よりも下流側の流路に着脱可能に設けられる絞り
機構をさらに備えることを特徴とする請求項3または4
記載の流量計。
5. The apparatus according to claim 3, further comprising a throttle mechanism detachably provided in a flow path downstream of each of the measurement points of the water level measurement unit and the flow velocity measurement unit.
Flowmeter as described.
【請求項6】 流路を流れる流体の流量を測定する流量
測定方法であって、 流体の水位と、複数の水深において、各水深における流
路幅を流路幅方向に−1から1に亘るものとして規格化
し流路幅方向に座標をとったときに、Legendre
の球函数Pn(x)に対してPn(x)=0の根(x
1、…xn)となる複数の点の流速と、を測定し、 前記各水深における流路幅を計算し、流路幅と前記複数
の点の流速から、ガウスの数値積分を行い各水深におけ
る流速分布の面積を計算し、流速分布の面積を全水深に
わたって積分することで、流量を計算する、流量測定方
法。
6. A flow rate measuring method for measuring a flow rate of a fluid flowing through a flow path, wherein, at a water level of the fluid and a plurality of water depths, a flow path width at each water depth ranges from -1 to 1 in the flow path width direction. When the coordinates are taken in the width direction of the flow channel standardized as
For the spherical function Pn (x) of Pn (x) = 0 (x
, Xn) are measured, the flow channel width at each of the water depths is calculated, and the Gaussian numerical integration is performed from the flow channel width and the flow speeds at the plurality of points at each of the water depths. A flow rate measurement method that calculates the flow rate by calculating the area of the flow velocity distribution and integrating the area of the flow velocity distribution over the entire water depth.
【請求項7】 前記測定を行う複数の水深は、上下方向
に流路の水深を−1から1に亘るものとして規格化し上
下方向に座標をとったときに、Legendreの球函
数Pn(z)に対してPn(z)=0の根(z1、…z
n)となる複数の点の水深であり、流速分布の面積の全
水深にわたる積分は、ガウスの数値積分を行って計算し
た各水深における流速分布の面積を、さらに、ガウスの
数値積分を行うことで、計算することを特徴とする請求
項6記載の流量測定方法。
7. The plurality of water depths at which the measurement is performed are standardized by defining the water depth of the flow path in the vertical direction as ranging from −1 to 1, and taking coordinates in the vertical direction, the Legendre's spherical function Pn (z) , The root of Pn (z) = 0 (z1,... Z
n) The integral of the area of the flow velocity distribution over the entire water depth, which is the water depth of a plurality of points as described in (n), is obtained by performing the numerical integration of Gauss and calculating the area of the flow velocity distribution at each water depth and further performing the numerical integration of Gauss 7. The flow rate measuring method according to claim 6, wherein the calculation is performed.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005321314A (en) * 2004-05-10 2005-11-17 Tokyo Electric Power Co Inc:The Ultrasonic flow meter, flow measurement method and flow measurement program
JP2009524055A (en) * 2006-01-20 2009-06-25 テレダイン・イスコ・インコーポレーテッド Measuring device and method of using the same
JP2011122831A (en) * 2009-12-08 2011-06-23 Tokyo Electric Power Co Inc:The Ultrasonic flow rate measurement method and ultrasonic flow rate measurement device
CN114526118A (en) * 2022-02-18 2022-05-24 中国矿业大学(北京) Method and device for measuring gas flow of roadway section and storage medium

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