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JP2001183200A - Flowmeter and flow-rate measuring method - Google Patents

Flowmeter and flow-rate measuring method

Info

Publication number
JP2001183200A
JP2001183200A JP37372199A JP37372199A JP2001183200A JP 2001183200 A JP2001183200 A JP 2001183200A JP 37372199 A JP37372199 A JP 37372199A JP 37372199 A JP37372199 A JP 37372199A JP 2001183200 A JP2001183200 A JP 2001183200A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
flow velocity
flow
flow rate
width
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.)
Pending
Application number
JP37372199A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sakuki Inagaki
作樹 稲垣
Yukio Kumazawa
行夫 熊澤
Masahito Sekine
正仁 関根
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 JP37372199A priority Critical patent/JP2001183200A/en
Publication of JP2001183200A publication Critical patent/JP2001183200A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flowmeter by which a flow rate can be found with good accuracy without using a correction factor and to provide a flow-rate measuring method. SOLUTION: A flow velocity sensor 320 and a flow velocity sensor 321 are arranged in a projection cross section inside a pipe line so as to transmit ultrasonic waves toward the central point. The width of the pipe line is standardized so as to reach 1 from -1 in its up-and-down direction, and coordinates are set in the up-and-down direction. In a plurality of depths of water (z=z0, z1) which become roots (z1,...zn) of the Legendre spherical function Pn(z) with reference to the Pn(z), the width of the pipe line in the respective depths of water is standardized so as to reach 1 from -1 in the horizontal direction, and the coordinates are set in the horizontal direction. Flow velocities are measured in a plurality of points P00, P01, P10, P11 as roots (x1,...xn) of the Legendre spherical function Pn(x) with referenced to the PN(x). On the basis of the width of the pipe line in the horizontal direction in the respective depths of water and on the basis of the flow velocities in the measuring points, the Gaussion numerical value is integrated, the area of the distribution of the flow velocities in the respective depths of water is calculated, the area of the distribution of the flow velocities on the respective depths of water is integrated, and the flow rate of the pipe line as a whole is calculated.

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、管路内を満管状態
で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 and a flow rate measuring method for measuring a flow rate of a fluid flowing through a pipe in a full state.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の流量計としては、管路内
横断面における中心点または管壁付近の固定的な1点の
流速を測定するドップラー式超音波流速計等からなる流
速測定部を備えており、流速測定部で求めた測定流速か
ら断面の平均流速を求め、この平均流速に管路内横断面
の面積を乗算することで流量を求めるものが知られてい
る。この場合、管内を流れる流体の流速分布はレイノル
ズ数により変わり、流速測定部で測定した測定流速は平
均流速と異なるために、流量を算出するのにレイノルズ
数による流速分布補正を行う必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a flow meter of this type, a flow velocity measuring unit comprising a Doppler type ultrasonic flow velocity meter or the like for measuring a flow velocity at a fixed point near a center point or near a pipe wall in a cross section in a pipe. It is known that an average flow velocity of a cross section is obtained from a measured flow velocity obtained by a flow velocity measurement unit, and a flow rate is obtained by multiplying the average flow velocity by an area of a cross section in a pipeline. In this case, the flow velocity distribution of the fluid flowing in the pipe changes according to the Reynolds number, and the measured flow velocity measured by the flow velocity measuring unit differs from the average flow velocity. Therefore, it is necessary to correct the flow velocity distribution based on the Reynolds number to calculate the flow rate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レイノ
ルズ数による流速分布補正係数は、管内の流れが完全に
発達した流れで、しかも軸対称流の仮定の基に計算され
ている。そのため流量計の設置条件を厳しくする必要が
あり、流速測定位置は十分長い直管路部を前方に必要と
するという制約がある。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
いう問題もある。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, the flow velocity correction coefficient based on the Reynolds number is calculated based on the assumption that the flow in the pipe is a fully developed flow and is axisymmetric. Therefore, the installation conditions of the flow meter need to be strict, and the flow velocity measurement position has a restriction that a sufficiently long straight pipe portion is required in front. 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】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。
[0004] 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.

【0005】[0005]

【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、管路内を満管状態で流れる流体の
流量を測定する流量計であって、管路内投影横断面にお
いて、直交する2座標軸(x軸、z軸)をとったとき
に、その一方の座標軸(z軸)方向に管路幅を−1から
1に亘るものとして規格化し該一方の座標軸(z軸)方
向に座標をとったときに、Legendreの球函数P
n(z)に対してPn(z)=0の根(z1、…zn)
となる複数の一方の座標軸(z軸)上の点(z1、…z
n)において、各点(z1、…zn)における他方の座
標軸(x軸)方向の管路幅を該他方の座標軸(x軸)方
向に−1から1に亘るものとして規格化し該他方の座標
軸(x軸)方向に座標をとったときに、Legendr
e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を測定する流速測定
部と、前記一方の座標軸(z軸)上の各点(z1、…z
n)における他方の座標軸(x軸)方向の管路幅と流速
測定部で測定した複数の点の流速から、ガウスの数値積
分を行い流速分布の面積を計算し、その流速分布の面積
を、さらにガウスの数値積分を行うことで、管路全体の
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 is a flow meter for measuring a flow rate of a fluid flowing through a pipe in a fully-filled state. In the above, when two orthogonal coordinate axes (x-axis and z-axis) are taken, the pipeline width is normalized as extending from -1 to 1 in one of the coordinate axes (z-axis), and the one coordinate axis (z-axis) ) When the coordinates are taken in the direction, the Legendre spherical function P
For n (z), the root of Pn (z) = 0 (z1,... zn)
.., Z on a plurality of one coordinate axes (z-axis)
n), the pipe width at each point (z1,..., zn) in the direction of the other coordinate axis (x-axis) is standardized as extending from -1 to 1 in the direction of the other coordinate axis (x-axis). When coordinates are taken in the (x-axis) direction,
For the spherical function Pn (x) of e, the root of Pn (x) = 0 (x
1,... Xn) and a flow rate measuring unit for measuring the flow rates at a plurality of points (z1,... Z) on the one coordinate axis (z-axis).
From n) the channel width in the direction of the other coordinate axis (x-axis) and the flow velocity at a plurality of points measured by the flow velocity measuring unit, Gaussian numerical integration is performed to calculate the area of the flow velocity distribution. Furthermore, a flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the entire pipeline by performing Gaussian numerical integration is provided.

【0006】上記z座標を上下方向に、x座標を水平方
向にとることができ、その場合には、管路内を満管状態
で流れる流体の流量を測定する流量計であって、管路内
投影横断面において、その上下方向に管路幅を−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P
n(z)=0の根(z1、…zn)となる複数の水深に
おいて、各水深における管路幅を水平方向に−1から1
に亘るものとして規格化し水平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水平方向
の管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、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、管路全体の流量を計算
する流量演算部と、を備えることを特徴とする。
The above-mentioned z-coordinate can be set in the vertical direction, and the x-coordinate can be set in the horizontal direction. In the inner projection cross section, when the pipe width is normalized in the vertical direction as ranging from -1 to 1 and the coordinates are taken in the vertical direction, P is expressed as P with respect to the Legendre's spherical function Pn (z).
At a plurality of water depths at which the root of n (z) = 0 (z1,..., zn), the pipeline width at each water depth is changed from −1 to 1 in the horizontal direction.
When the coordinates are normalized in the horizontal direction and the coordinates are taken in the horizontal direction, Pn (x) with respect to Legendre's spherical function Pn (x)
(X) A flow velocity measuring unit that measures the flow velocity at a plurality of points that are roots (x1,... Xn) of 0, and the horizontal pipe width and the flow velocity at the plurality of points measured by the flow velocity measuring unit at each of the water depths. From
Perform Gaussian numerical integration to calculate the area of the flow velocity distribution at each water depth, and calculate the area of the flow velocity distribution at each water depth,
A flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the entire pipeline by performing Gaussian numerical integration.

【0007】また、本発明の流量測定方法は、管路内を
満管状態で流れる流体の流量を測定する流量測定方法で
あって、管路内投影横断面において、直交する2座標軸
(x軸、z軸)をとったときに、その一方の座標軸(z
軸)方向に管路幅を−1から1に亘るものとして規格化
し該一方の座標軸(z軸)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)となる複数の一方の座
標軸(z軸)上の点(z1、…zn)において、各点
(z1、…zn)における他方の座標軸(x軸)方向の
管路幅を該他方の座標軸(x軸)方向に−1から1に亘
るものとして規格化し該他方の座標軸(x軸)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し、前記一方の座標軸(z
軸)上の各点(z1、…zn)における他方の座標軸
(x軸)方向の管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流速分布の面積を
計算し、その流速分布の面積を、さらにガウスの数値積
分を行うことで、管路全体の流量を計算する、ことを特
徴とする。
A flow rate measuring method according to the present invention is a flow rate measuring method for measuring a flow rate of a fluid flowing in a pipe in a full state, wherein two orthogonal coordinate axes (x-axis) are projected in a cross section projected in the pipe. , Z axis), one of the coordinate axes (z axis)
(Axis) direction, the pipe width is normalized as ranging from -1 to 1, and the coordinates are taken in the one coordinate axis (z axis) direction.
Pn for Legendre's spherical function Pn (z)
(Z) = 0 at a plurality of points (z1,... Zn) on one of the coordinate axes (z-axis) serving as a root (z1,... Zn), the other coordinate axis (x-axis) at each point (z1,. ) In the direction of the other coordinate axis (x-axis) and normalized in the direction of the other coordinate axis (x-axis), the legendre's spherical function Pn
With respect to (x), flow velocities at a plurality of points that are roots (x1,... Xn) of Pn (x) = 0 are measured, and the one coordinate axis (z
Axis), the Gaussian numerical integration is performed from the channel width in the direction of the other coordinate axis (x axis) at each point (z1,..., Zn) and the flow velocity at a plurality of points measured by the flow velocity measuring unit to determine the area of the flow velocity distribution. The flow rate of the entire pipeline is calculated by calculating the area of the flow velocity distribution and further performing Gaussian numerical integration.

【0008】上記z座標を上下方向に、x座標を水平方
向にとることができ、その場合には、管路内を満管状態
で流れる流体の流量を測定する流量測定方法であって、
管路内投影横断面において、その上下方向に管路幅を−
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
水深において、各水深における管路幅を水平方向に−1
から1に亘るものとして規格化し水平方向に座標をとっ
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
の流速を測定し、前記各水深における水平方向の管路幅
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、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、管路全体の流量を計算する、
ことを特徴とする。
The above-mentioned z-coordinate can be taken in the vertical direction, and the x-coordinate can be taken in the horizontal direction. In this case, there is provided a flow rate measuring method for measuring a flow rate of a fluid flowing through a pipe in a full state,
In the projected cross section in the pipeline, the pipeline width is
When the coordinates are normalized in the range from 1 to 1 and the coordinates are taken in the up-down direction, at a plurality of water depths that are roots (z1,... Zn) of Pn (z) = 0 with respect to the Legendre spherical function Pn (z). , The horizontal width of the pipeline at each water depth is -1
When the coordinates are taken in the horizontal direction, normalized to the range from to 1, the flow velocity of a plurality of points that are roots (x1,... Xn) of Pn (x) = 0 with respect to the Legendre spherical function Pn (x) Is measured, and from the horizontal pipe width at each water depth and the flow velocity at a plurality of points measured by the flow velocity measurement unit, Gaussian numerical integration is performed to calculate the area of the flow velocity distribution at each water depth, and the flow velocity distribution at each water depth is calculated. Calculates the flow rate of the entire pipeline by performing Gaussian numerical integration on the area of
It is characterized by the following.

【0009】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,

【0010】[0010]

【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,

【0011】[0011]

【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

【0012】[0012]

【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.

【0013】また、(1)式の重み係数wiは、The weighting coefficient wi in the equation (1) is

【0014】[0014]

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

【0015】(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

【0016】[0016]

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

【0017】[0017]

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

【0018】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.

【0019】[0019]

【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).

【0020】ある水深における流速分布は、水平方向の
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 horizontal position x,
The area of the flow velocity distribution can be easily obtained by using the Gaussian numerical integration of the equation (1).

【0021】今、ある水深zkにおいて、その水平方向
の管路幅W(zk)を−1から1に亘るものとして規格
化し水平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,
x2,・・・xnとなる複数の点の流速がvzk(x
1)、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、
Now, at a certain water depth zk, when the horizontal channel width W (zk) is standardized as extending from -1 to 1, and the coordinates are taken in the horizontal direction, Legendre
For the spherical function Pn (x) of Pn (x) = 0,
The flow velocity at a plurality of points x2,... xn is v zk (x
1), v zk (x2),... V zk (xn). By performing the Gaussian numerical integration of the equation (1), the area Azk of the flow velocity distribution becomes

【0022】[0022]

【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1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 =
Referring to column 2,

【0023】[0023]

【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、管路幅を2(x=−1〜1)として規格
化した場合のものであるので、管路幅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 pipe width is standardized as 2 (x = −1 to 1), the actual flow velocity distribution is calculated using the pipe width W (zk). Needs to be converted to the area A ′ (zk). That is,

【0024】[0024]

【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)を求める。
(Equation 9) In this manner, the area A ′ (zk) of the flow velocity distribution is obtained at a plurality of water depths.

【0025】次に、上記流速分布の面積の全水深にわた
ってガウスの数値積分を行う。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、上下方向の管路幅を−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、
Next, Gaussian numerical integration is performed over the entire water depth of the area of the flow velocity distribution. That is, since the area A ′ (z) of the flow velocity distribution is also considered to be a 2n−1 order function of the vertical position z, the vertical channel width is changed from −1 to 1
When the coordinates are taken in the up-down direction and standardized as extending over the range, the Legendre's spherical function Pn (z) is expressed as Pn
The flow rate can be obtained using the area of the flow velocity distribution at the water depth at a plurality of points where the root of (z) = 0 (z1,..., Zn). The flow rate Q is

【0026】[0026]

【数10】 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 10) 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11】 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。但し、上記流量の式は、上下方向
の管路幅を2(x=−1〜1)として規格化した場合の
ものであるので、管路幅Hを用いて、実際の流量Qに変
換する必要がある。即ち、
[Equation 11] The flow rate can be obtained very easily and accurately. However, since the above equation of flow rate is a case where the pipe width in the vertical direction is standardized as 2 (x = −1 to 1), it is converted to the actual flow rate Q using the pipe width H. There is a need. That is,

【0028】[0028]

【数12】 で求めることができる。(Equation 12) Can be obtained by

【0029】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、超音波パ
ルス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センサ
を用いることができる。各流速センサからの超音波パル
ス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、Legendre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。
As the flow velocity measuring unit for measuring the flow velocity, any means can be used. Preferably, the ultrasonic pulse is transmitted in a direction at an angle to the flow of the fluid, and the particles flowing through the fluid are preferably used. A plurality of pulsed Doppler ultrasonic flow sensors that receive the reflected waves reflected by the sensor can be used. By setting the transmission direction of the ultrasonic pulse from each flow rate sensor to a predetermined direction and receiving a reception signal from a predetermined direction after a predetermined time has elapsed from the transmission, it is possible to measure the flow velocity at an arbitrary measurement point. . Therefore, Legendre's spherical function Pn (x) = 0
Can be measured at any point that is the root of the flow rate.

【0030】任意には、各流速センサからの超音波パル
スの送信方向を、管路内投影横断面における中心点方向
に設定することができ、該中心点に対して点対称の関係
にある複数の測定点の測定をさせることができる。
Optionally, the transmission direction of the ultrasonic pulse from each of the flow velocity sensors can be set in the direction of the center point in the cross-section projected in the conduit, and a plurality of points having a point-symmetric relationship with respect to the center point can be set. Measurement points can be measured.

【0031】また、任意には、前記管路内投影横断面が
所定の対称軸に関して線対称の形状をしている場合に、
前記複数の流速センサを、前記対称軸に関して対称的に
配置するか、または該対称軸上に配置することができ
る。
Optionally, when the projected cross section in the conduit has a shape symmetrical with respect to a predetermined axis of symmetry,
The plurality of flow sensors may be arranged symmetrically with respect to the axis of symmetry or may be arranged on the axis of symmetry.

【0032】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.

【0033】[0033]

【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.

【0034】図において、流量計10は、管路40を満
管状態で流れる流体42に対して、複数の測定点におけ
る流速を測定する流速測定部14、流速測定部14の制
御を行うと共に、流速測定部14からの出力から流量を
測定する流量演算・制御部18、流量演算・制御部18
に接続され流量の表示を行う表示部22、流量演算・制
御部18に接続され外部との入出力を行う入出力部2
0、流体42の温度を測定してその測定信号を流量演算
・制御部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 controls a flow velocity measuring section 14 for measuring a flow velocity at a plurality of measurement points for a fluid 42 flowing in a full state in a conduit 40, and controls the flow velocity measuring section 14. Flow rate calculation / control section 18 for measuring flow rate from output from flow rate measurement section 14, flow rate calculation / control section 18
A display unit 22 connected to the display unit for displaying the flow rate, and an input / output unit 2 connected to the flow rate calculation / control unit 18 for inputting / outputting with the outside
0, a temperature sensor 38 that measures the temperature of the fluid 42 and outputs a measurement signal to the flow rate calculation / control unit 18.

【0035】流速測定部14は、流量演算・制御部18
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、送信後に反射波を受信する送受信器か
らなる複数の流速センサ32と、送信信号と受信信号の
切換え及び複数の流速センサ32の切換えを行うマルチ
プレクサ33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、送信から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 rate measuring section 14 has a flow rate calculating / controlling section 18.
A transmission circuit 30 that outputs a transmission signal in response to a trigger signal for each predetermined time interval T from the transmitter, and receives a transmission signal from the transmission circuit 30 and transmits an ultrasonic pulse toward the fluid at each predetermined interval T, and after transmission, A plurality of flow rate sensors 32 comprising a transceiver for receiving the reflected wave; a multiplexer 33 for switching between the transmission signal and the reception signal and for switching the plurality of flow rate sensors 32; and a reception circuit 34 for amplifying the reception signal from the flow rate sensor 32. And a Doppler shift detection circuit 36 that samples a received signal after a lapse of a predetermined time from transmission and detects a Doppler shift frequency by performing a Fourier transform.

【0036】図2に示したように、流速センサ32は、
管路40の管壁に形成された穴に埋め込まれて2つ(3
0,321)配置されている。今、管路40の横断面が
真円に近い形状であるものとすると、この2つの流速セ
ンサ32(320,321)は、その左右対称軸に対して
左右対称に配置されており、各流速センサ32から超音
波パルスを所定の方向に向けて送信し、且つ所定の方向
からの超音波信号を受信するように設定されている。こ
の所定の方向とは、図2に示したように、それぞれ投影
横断面において、その中心点方向に向けて超音波を放射
するように、かつ、一方の超音波センサ320からの超
音波放射方向は測定点P00、P11を通過するように、他
方の超音波センサ321からの超音波放射方向は測定点
01、P1 0を通過するように設定されている。測定点P
00、P01、P10、P11の位置は、次のように決められ
る。管路40の上下方向の管路幅を−1から1に亘るも
のとして規格化し上下方向にz座標をとったときに、測
定点P00、P01は、水深z=z0=−1/√3=−0.
577であり、かつその水深z=−0.577におい
て、その水平方向の管路幅を−1から1に亘るものとし
て規格化し水平方向にx座標をとったときに、P00のx
座標はx=1/√3=0.577の位置であり、P01
x座標はx=−1/√3=−0.577の位置となって
いる。また、測定点P10、P11は、水深z=z1=1/
√3=0.577であり、かつその水深z=0.577
において、その水平方向の管路幅を−1から1に亘るも
のとして規格化し水平方向にx座標をとったときに、P
10のx座標はx=1/√3=0.577の位置であり、
11のx座標はx=−1/√3=−0.577の位置と
なっている。いま、管路40の投影横断面の半径をR、
その中心点をO、P00及びP 01からz軸に垂線をおろ
し、その垂線とz軸の交点をC、該垂線と管壁との交点
をB、流速センサ32(320,321)と中心点Oとを
結ぶ線とx軸とのなす角をθとすると、
As shown in FIG. 2, the flow rate sensor 32
2 (3) embedded in the hole formed in the pipe wall of the pipe 40
20, 321) Is located. Now, the cross section of conduit 40
Assuming a shape close to a perfect circle, these two flow velocity
Sensor 32 (320, 321) Is relative to its symmetric axis
It is arranged symmetrically, and the super sound
Transmit the wave pulse in a predetermined direction and in a predetermined direction
It is set to receive the ultrasonic signal from. This
The predetermined directions are, as shown in FIG.
Ultrasound is emitted toward the center point in the cross section
And one of the ultrasonic sensors 320Super from
The direction of sound wave emission is measured point P00, P11Other to pass through
Ultrasonic sensor 321The direction of ultrasonic radiation from is the measurement point
P01, P1 0Is set to pass through. Measurement point P
00, P01, PTen, P11Is determined as follows
You. The vertical line width of the line 40 ranges from -1 to 1.
When the z coordinate is taken in the vertical direction and standardized as
Fixed point P00, P01Is the water depth z = z0= -1 / √3 = -0.
577 and its water depth z = −0.577
And the horizontal pipe width shall be from -1 to 1.
When the x coordinate is taken in the horizontal direction00X
The coordinates are at the position of x = 1 / 0.53 = 0.577, and P01of
The x coordinate is the position of x = -1 / √3 = -0.577
I have. The measurement point PTen, P11Is the water depth z = z1= 1 /
√3 = 0.577 and its water depth z = 0.577
In the above, the width of the pipe in the horizontal direction ranges from -1 to 1.
When the x coordinate is taken in the horizontal direction and normalized as
TenIs the position of x = 1 / √3 = 0.577,
P11Is the position of x = -1 / √3 = -0.577.
Has become. Now, let the radius of the projected cross section of the conduit 40 be R,
O, P00And P 01To the z axis
And the intersection of the perpendicular and the z-axis is C, and the intersection of the perpendicular and the tube wall
B, the flow rate sensor 32 (320, 321) And the center point O
When the angle between the connecting line and the x-axis is θ,

【0037】[0037]

【数13】 であるから、(Equation 13) Because

【0038】[0038]

【数14】 となる。BCを1としたときに、CP00=1/√3であ
るから、
[Equation 14] Becomes Assuming that BC is 1, CP 00 = 1 / 、 3,

【0039】[0039]

【数15】 となる。従って、θは、(Equation 15) Becomes Therefore, θ is

【0040】[0040]

【数16】 となる。測定点P00、P01、P10、P11の位置は、中心
点Oに対して左右対称であり、且つ点対称となっている
ため、このθを満足する位置に左右対称に2つの流速セ
ンサ32(320,321)を配置することにより、1方
の流速センサ32 0で測定点P00、P11の流速測定を行
い、他方の流速センサ321で測定点P01、P10の流速
測定を行うことができる。また、図2に示した投影横断
面おいて、OP00の長さは、
(Equation 16)Becomes Measurement point P00, P01, PTen, P11The position of the center
It is symmetrical with respect to the point O, and point symmetrical.
Therefore, two flow velocity cells are symmetrically placed at a position that satisfies θ.
Sensor 32 (320, 321) By placing
Flow rate sensor 32 0At the measurement point P00, P11Measurement of flow velocity
The other flow sensor 321At the measurement point P01, PTenFlow velocity
A measurement can be made. Also, the projection traversal shown in FIG.
On the face, OP00The length of

【0041】[0041]

【数17】 となるから、流速センサ320から測定点P00の長さは
R{1−(√5/3)}となり、流速センサ320から
測定点P11の長さはR{1+(√5/3)}となる。但
し、図3に示したように、管路40の縦断面で見たとき
には、各流速センサ32(320,321)から流体の流
れに対して所定の角度ψをなす方向に超音波パルスが送
信されるようにその送受信面が設定されるので、流速セ
ンサ320から測定点P00の長さL0は、L0=R/sinψ
・{1−(√5/3)}、流速センサ320から測定点
11の長さL1は、L1=R/sinψ・{1+(√5/
3)}となる。左右対称であるから、流速センサ321
から測定点P01の長さはL0、流速センサ321から測定
点P10の長さはL1となる。
[Equation 17] Since the, the length of the measurement point P 00 from flow sensor 32 0 length of R {1- (√5 / 3) } , and the measuring point P 11 from flow sensor 32 0 R {1+ (√5 / 3) It becomes}. However, as shown in FIG. 3, when viewed in a vertical section of the conduit 40, the ultrasonic pulse is directed in a direction at a predetermined angle に 対 し て with respect to the flow of the fluid from each of the flow velocity sensors 32 (32 0 , 32 1 ). There because the transmitting and receiving surface is set to be transmitted, the length L 0 of the measuring points P 00 from flow sensors 32 0, L 0 = R / sinψ
· {1- (√5 / 3) }, the length L 1 of the measuring point P 11 from flow sensor 32 0, L 1 = R / sinψ · {1+ (√5 /
3) It becomes}. Since it is symmetrical, the flow velocity sensor 32 1
The length of the measuring points P 01 from L 0, length of the measurement point P 10 from flow rate sensor 32 1 becomes L 1.

【0042】各流速センサ320、321から超音波パル
スを送信し、流体中の粒子で散乱反射された反射波を再
び同じ流速センサ320、321で受信する。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を求める。ドップラーシフトΔ
f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f0とすると、
[0042] transmits the ultrasonic pulses from the flow sensor 32 0, 32 1, receives the reflected wave scattered reflected by particles in the fluid again at the same flow rate sensor 32 0, 32 1. Since the received reflected wave undergoes a Doppler shift, the Doppler shift detection circuit 36 Fourier-transforms the received signal to obtain the Doppler shift Δf. Doppler shift Δ
f is the flow velocity of the fluid v, the velocity of ultrasound in the fluid c, when the transmission frequency and f 0,

【0043】[0043]

【数18】 で表される。受信回路34では、流速センサ320の送
信から時間がほぼ2L0/c及び2L1/c経過後の流速
センサ320の受信信号を選択的に取り込むことで、そ
れぞれの測定点におけるドップラーシフトΔf00,Δf
11を求める。同様に、流速センサ321の送信から時間
がほぼ2L0/c及び2L1/c経過後の流速センサ32
1の受信信号を選択的に取り込み、それぞれの測定点に
おけるドップラーシフトΔf01,Δf10を求める。こう
して、各測定点のP00、P01、P10、P11のドップラー
シフトΔf00、Δf01、Δf10、Δf11を求める。
(Equation 18) It is represented by In the receiving circuit 34, by taking the received signal of the flow velocity sensors 32 0 after approximately 2L 0 / c and 2L 1 / c elapsed time from the transmission of the flow sensor 32 0 selectively, Doppler shift Δf at each measurement point 00 , Δf
Ask for 11 . Similarly, the flow rate sensor 32 1 has passed approximately 2L 0 / c and 2L 1 / c since the transmission of the flow rate sensor 32 1.
One of the received signals is selectively taken in, and Doppler shifts Δf 01 and Δf 10 at the respective measurement points are obtained. Thus, the Doppler shifts Δf 00 , Δf 01 , Δf 10 , and Δf 11 of P 00 , P 01 , P 10 , and P 11 at each measurement point are obtained.

【0044】流量演算・制御部18には、流速測定部1
4からのドップラーシフトΔf00、Δf01、Δf10、Δ
11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・制御部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 calculation / control section 18 includes a flow rate measurement section 1
Doppler shift from Δf 00 , Δf 01 , Δf 10 , Δ
and f 11, the data of the temperature from the temperature sensor 38 is captured. The flow rate calculation / control section 18 can be constituted by a microprocessor including a CPU and a memory, and stores these data and obtains the flow rate using these data.

【0045】上記流量演算・制御部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 / control section 18 will be described below.

【0046】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Δf00、Δf01、Δf10、Δf
11を、流速v00、v01、v10、v11に変換する。但し、
(9)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
Shifts Δf 00 , Δf 01 , Δf 10 , Δf
11 is converted into flow rates v 00 , v 01 , v 10 , v 11 . However,
In the equation (9), 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.

【0047】次いで、上述(3)式を用いて、各水深z
0、z1における流速分布の面積を求める(図4(a)参
照)。
Next, using the above equation (3), each water depth z
0, obtains the area of the flow velocity distribution in the z 1 (see Figure 4 (a)).

【0048】[0048]

【数19】 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z0、z1における水平方向の管路幅W(z)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。管路幅W(z0)=W(z1)は、
[Equation 19] The area of the flow velocity distribution obtained in this manner is converted into the area of the actual flow velocity distribution based on the equation (4) using the horizontal pipe width W (z) at each of the water depths z 0 and z 1 . I do. Pipe width W (z 0 ) = W (z 1 )

【0049】[0049]

【数20】 であるから、(Equation 20) Because

【0050】[0050]

【数21】 となる。(Equation 21) Becomes

【0051】さらに、上記2つの流速分布の面積は
(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、
Further, the flow rate Q can be obtained by adding the areas of the two flow velocity distributions by using the equation (7).

【0052】[0052]

【数22】 となる(図4(B)参照)。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。また、流速セン
サを左右対称に配置しており、複数の測定点における流
速を1つの流速センサで測定することができる。
(Equation 22) (See FIG. 4B). As described above, according to this embodiment, instead of only one measurement point as in the related art,
In order to measure the flow velocity at a plurality of measurement points, even when the flow velocity distribution is not symmetric, it is possible to cope with the flow velocity distribution, and by using the Gaussian numerical integration, a large number of measurement points in the entire cross section can be obtained. There is no need to measure the flow velocity,
Just by measuring the flow velocity at a limited measurement point, with high accuracy,
And the flow rate can be easily obtained. In addition, the flow velocity sensors are arranged symmetrically, and the flow velocity at a plurality of measurement points can be measured by one flow velocity sensor.

【0053】尚、以上の実施形態では円形管路を例にと
ったが、これに限るものではなく、非円形管路であって
も、同様に流量測定を行うことができる。また、管路内
投影横断面において2つの座標軸z、xのうちz軸を水
位方向(上下方向)に、x軸を管路幅方向(水平方向)
にとっていたが、これに限るものではなく、任意の2軸
座標をとることも可能である。
In the above embodiment, a circular pipe is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and the flow rate can be measured similarly even with a non-circular pipe. In the projection cross section in the pipeline, the z axis of the two coordinate axes z and x is in the water level direction (vertical direction), and the x axis is in the pipeline width direction (horizontal direction).
However, the present invention is not limited to this, and arbitrary two-axis coordinates can be taken.

【0054】また、上記の実施の形態では、流速分布を
水平方向の位置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、かつ流速分布の
面積A’(z)も、上下方向の位置zの3次以下の関数
であるものと仮定して流量Qを求めたが、これに限るも
のではない。流速分布及び流速分布の面積A’がxまた
はzの5次以下の関数であると仮定した場合に、図5に
示したように、円形断面管路の水深z=0.775R,
0,−0.775Rにおいて、それぞれその水平方向の
管路幅を−1から1に亘るものとして規格化し水平方向
に座標をとったときに、0.775,0,−0.775
の位置にある9個の測定点における流速を測定すること
ができる。これにより、より正確に流量を求めることが
できる。各流速センサ32は、それぞれ中心点方向に向
けて超音波を送信するように配置され少なくとも2つの
測定点における流速を測定することができるよう、2つ
の測定点を結ぶ延長線上に配置され、z軸に関して左右
対称に、及びx軸またはz軸上に配置される。但し、流
速センサ32の配置は、この図示の例に限らず、x軸に
対称となるように配置することも可能である。
In the above embodiment, the flow velocity distribution is assumed to be a function of the third order or less of the horizontal position x, and the flow velocity at two points is obtained at each water depth. The flow rate Q was determined on the assumption that '(z) is also a function of the third or lower order of the vertical position z, but the present invention is not limited to this. Assuming that the flow velocity distribution and the area A ′ of the flow velocity distribution are functions of the fifth order or lower of x or z, as shown in FIG. 5, the water depth z = 0.775R,
At 0, -0.775R, when the horizontal channel width is normalized to range from -1 to 1, and the coordinates are taken in the horizontal direction, 0.775, 0, -0.775R
Can be measured at the nine measurement points at the position. Thereby, the flow rate can be obtained more accurately. Each of the flow rate sensors 32 is disposed so as to transmit ultrasonic waves toward the center point, and is disposed on an extension line connecting the two measurement points so that the flow velocity at at least two measurement points can be measured. It is arranged symmetrically about the axis and on the x-axis or the z-axis. However, the arrangement of the flow velocity sensor 32 is not limited to the example shown in the figure, and may be arranged so as to be symmetrical about the x-axis.

【0055】さらには、図6に示すように、流速分布及
び流速分布の面積A’がxまたはzの7次以下の関数で
あると仮定した場合に円形断面管路の水深z=0.86
1R,0.34R,−0.34R,−0.861Rにお
いて、それぞれその水平方向の管路幅を−1から1に亘
るものとして規格化し水平方向に座標をとったときに、
0.861,0.34,−0.34,−0.861にあ
る16個の測定点における流速を測定することができ
る。これにより、さらに正確に流量を求めることができ
る。各流速センサ32は、それぞれ中心点方向に向けて
超音波を送信するように配置され少なくとも2つの測定
点における流速を測定することができるよう、2つの測
定点を結ぶ延長線上に配置され、x座標軸に関して線対
称となるように配置される。
Further, as shown in FIG. 6, when the flow velocity distribution and the area A 'of the flow velocity distribution are assumed to be a function of 7 or less of x or z, the water depth z = 0.86
In 1R, 0.34R, -0.34R, and -0.861R, when the horizontal channel width is normalized as extending from -1 to 1, and the coordinates are taken in the horizontal direction,
The flow velocity at 16 measurement points at 0.861, 0.34, -0.34, and -0.861 can be measured. Thereby, the flow rate can be obtained more accurately. Each of the flow velocity sensors 32 is arranged to transmit ultrasonic waves toward the center point, and is arranged on an extension line connecting the two measurement points so that the flow velocity at at least two measurement points can be measured. They are arranged so as to be line-symmetric with respect to the coordinate axes.

【0056】このように、順次、次数を増加するため
に、流速センサ32の個数を増加することも可能であ
る。ちなみに、流速分布及び流速分布の面積A’が2n
−1次以下の関数であるとした場合に、測定点はn2
となり、流速センサは2n-1個用意すればよい。
As described above, it is possible to increase the number of the flow velocity sensors 32 in order to sequentially increase the order. Incidentally, the flow velocity distribution and the area A ′ of the flow velocity distribution are 2n.
Assuming that the function is a function of -1 order or less, the number of measurement points is n 2 , and 2 n -1 flow rate sensors may be prepared.

【0057】以上の各実施形態において、各流速センサ
32を管路内投影横断面における中心にその送受信面を
向けるように設定しているので、各流速センサ32の角
度位置θは(8)式のように幾何学計算で簡単に求める
ことができ、同様に、流速センサ32から測定点までの
距離も幾何学計算で簡単に求めることができ、それらの
設定が簡単になる。また、各流速センサ32が少なくと
も2個以上の測定点における流速を測定するようにして
いるため、その流速センサの数を節約することができ、
低コストで実現することができる。
In each of the above embodiments, the flow rate sensor 32 is set so that its transmitting / receiving surface is directed to the center of the projected cross section in the conduit, so that the angular position θ of each flow rate sensor 32 is given by the following equation (8). Similarly, the distance from the flow velocity sensor 32 to the measurement point can be easily obtained by the geometric calculation, and the setting thereof can be simplified. Further, since each flow rate sensor 32 measures the flow rate at at least two or more measurement points, the number of the flow rate sensors can be reduced,
It can be realized at low cost.

【0058】[0058]

【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、離散した測定点の流速を
測定して、ガウスの数値積分を行って流量を求めること
から、流速分布が対称でなくても少ない測定点で、精度
良く、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 rate is measured by measuring the flow velocity at discrete measurement points and performing a Gaussian numerical integration to obtain the flow rate, the flow rate distribution can be accurately measured at a small number of measurement points even if the flow velocity distribution is not symmetric. Can be calculated. Since the number of measurement points may be limited, measurement and calculation can be simplified.

【0059】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センサを用いることで、任意
の測定点における流速を測定することができる。
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 ultrasonic flow velocity sensor.

【0060】また、請求項4記載の発明によれば、パル
スドップラー式超音波流速センサに管路内投影横断面に
おける中心点方向に向けて超音波を送信させるために、
その設置位置を簡単に決めることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, in order to cause the pulse Doppler type ultrasonic flow velocity sensor to transmit an ultrasonic wave toward the center point in the cross section projected in the pipeline,
The installation position can be easily determined.

【0061】また、請求項5記載の発明によれば、パル
スドップラー式超音波流速センサを対称的に配置し、ま
たは対称軸上に配置することにより、センサ数を削減
し、低コストに構成することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the number of sensors is reduced and the cost is reduced by arranging the pulse Doppler type ultrasonic flow velocity sensor symmetrically or on the axis of symmetry. be able to.

【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】管路の投影横断面から見た流速測定点と流速セ
ンサとの関係を表す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a flow velocity measuring point and a flow velocity sensor as viewed from a projected cross section of a pipeline.

【図3】管路の縦断面から見た流速測定点を表す説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing flow velocity measurement points viewed from a vertical section of a pipeline.

【図4】(a)は各水深における流速分布を表し、
(b)は水深に対する流速分布の面積を表す説明図であ
る。
FIG. 4A shows a flow velocity distribution at each water depth,
(B) is an explanatory view showing the area of the flow velocity distribution with respect to the water depth.

【図5】次数(n=3)を増加した場合の管路の投影横
断面から見た流速測定点と流速センサとの関係を表す説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a flow velocity measurement point and a flow velocity sensor as viewed from a projected cross section of a pipeline when an order (n = 3) is increased.

【図6】次数(n=4)を増加した場合の管路の投影横
断面から見た流速測定点と流速センサとの関係を表す説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a flow velocity measuring point and a flow velocity sensor as viewed from a projected cross section of a pipeline when an order (n = 4) is increased.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流量計 14 流速測定部 18 流量演算・制御部(流速演算部) 32 流速センサ 40 管路 42 流体 Reference Signs List 10 Flow meter 14 Flow velocity measuring section 18 Flow rate computing / controlling section (flow velocity computing section) 32 Flow velocity sensor 40 Pipe line 42 Fluid

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 正仁 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 Fターム(参考) 2F030 CA10 CD15 CE04 CE22 2F035 DA12  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masahito Sekine 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo F-term in Tokimec Co., Ltd. (Reference) 2F030 CA10 CD15 CE04 CE22 2F035 DA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 管路内を満管状態で流れる流体の流量を
測定する流量計であって、 管路内投影横断面において、直交する2座標軸(x軸、
z軸)をとったときに、その一方の座標軸(z軸)方向
に管路幅を−1から1に亘るものとして規格化し該一方
の座標軸(z軸)方向に座標をとったときに、Lege
ndreの球函数Pn(z)に対してPn(z)=0の
根(z1、…zn)となる複数の一方の座標軸(z軸)
上の点(z1、…zn)において、各点(z1、…z
n)における他方の座標軸(x軸)方向の管路幅を該他
方の座標軸(x軸)方向に−1から1に亘るものとして
規格化し該他方の座標軸(x軸)方向に座標をとったと
きに、Legendreの球函数Pn(x)に対してP
n(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、 前記一方の座標軸(z軸)上の各点(z1、…zn)に
おける他方の座標軸(x軸)方向の管路幅と流速測定部
で測定した複数の点の流速から、ガウスの数値積分を行
い流速分布の面積を計算し、その流速分布の面積を、さ
らにガウスの数値積分を行うことで、管路全体の流量を
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 pipe in a fully-filled state, wherein two orthogonal coordinate axes (x-axis,
When taking the (z-axis), the pipeline width is normalized in the direction of one coordinate axis (z-axis) as extending from -1 to 1, and the coordinates are taken in the one coordinate axis (z-axis) direction. Leg
a plurality of one coordinate axes (z-axis) that are roots (z1,... zn) of Pn (z) = 0 with respect to the spherical function Pn (z) of ndr
In the upper point (z1,... Zn), each point (z1,.
In n), the conduit width in the direction of the other coordinate axis (x-axis) is normalized as extending from -1 to 1 in the direction of the other coordinate axis (x-axis), and the coordinates are taken in the direction of the other coordinate axis (x-axis). Sometimes P for the Legendre sphere function Pn (x)
a flow velocity measurement unit that measures the flow velocity of a plurality of points that are roots (x1,..., xn) of n (x) = 0, and the other at each point (z1,... zn) on the one coordinate axis (z-axis) Gaussian numerical integration is performed from the pipe width in the coordinate axis (x-axis) direction and the flow velocity at a plurality of points measured by the flow velocity measuring unit to calculate the area of the flow velocity distribution, and the area of the flow velocity distribution is further integrated by the Gaussian numerical integration. And a flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the entire pipeline.
【請求項2】 管路内を満管状態で流れる流体の流量を
測定する流量計であって、 管路内投影横断面において、その上下方向に管路幅を−
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
水深において、各水深における管路幅を水平方向に−1
から1に亘るものとして規格化し水平方向に座標をとっ
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水平方向の管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、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、管路全体の流量を計算する流量演算部と、を備え
る流量計。
2. A flow meter for measuring a flow rate of a fluid flowing through a pipe in a fully-filled state.
When the coordinates are normalized in the range from 1 to 1 and the coordinates are taken in the up-down direction, at a plurality of water depths that are roots (z1,... Zn) of Pn (z) = 0 with respect to the Legendre spherical function Pn (z). , The horizontal width of the pipeline at each water depth is -1
When the coordinates are taken in the horizontal direction, normalized to the range from to 1, the flow velocity of a plurality of points that are roots (x1,... Xn) of Pn (x) = 0 with respect to the Legendre spherical function Pn (x) Flow velocity measurement unit to measure the, from the horizontal pipeline width at each water depth and the flow velocity at a plurality of points measured by the flow velocity measurement unit, calculate the area of the flow velocity distribution at each water depth by performing Gaussian numerical integration, A flowmeter comprising: a flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the entire pipeline by performing a Gaussian numerical integration on the area of the flow velocity distribution at the water depth.
【請求項3】 前記流速測定部は、超音波パルスを流体
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センサを有するこ
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 an ultrasonic pulse in a direction at an angle to a flow of a fluid, and receives a reflected wave reflected by particles flowing in the fluid.
3. The flow meter according to claim 1, further comprising a plurality of pulse Doppler ultrasonic flow sensors.
【請求項4】 各パルスドップラー式超音波流速センサ
は、管路内投影横断面における中心点方向に向けて超音
波を送信し、該中心点に対して点対称の関係にある複数
の測定点を測定することを特徴とする請求項3記載の流
量計。
4. Each pulse Doppler ultrasonic flow velocity sensor transmits an ultrasonic wave toward a center point in a projection cross section in a pipe, and a plurality of measurement points having a point symmetric relationship with respect to the center point. The flowmeter according to claim 3, wherein the flow rate is measured.
【請求項5】 前記管路内投影横断面は、所定の対称軸
に関して線対称の形状をしており、前記複数のパルスド
ップラー式超音波流速センサは、前記対称軸に関して対
称的に配置されるかまたは該対称軸上に配置されること
を特徴とする請求項3または4記載の流量計。
5. The projection cross-section in the conduit has a line-symmetric shape with respect to a predetermined axis of symmetry, and the plurality of pulse Doppler ultrasonic flow sensors are symmetrically arranged with respect to the axis of symmetry. 5. The flow meter according to claim 3, wherein the flow meter is arranged on the axis of symmetry.
【請求項6】 管路内を満管状態で流れる流体の流量を
測定する流量測定方法であって、 管路内投影横断面において、直交する2座標軸(x軸、
z軸)をとったときに、その一方の座標軸(z軸)方向
に管路幅を−1から1に亘るものとして規格化し該一方
の座標軸(z軸)方向に座標をとったときに、Lege
ndreの球函数Pn(z)に対してPn(z)=0の
根(z1、…zn)となる複数の一方の座標軸(z軸)
上の点(z1、…zn)において、各点(z1、…z
n)における他方の座標軸(x軸)方向の管路幅を該他
方の座標軸(x軸)方向に−1から1に亘るものとして
規格化し該他方の座標軸(x軸)方向に座標をとったと
きに、Legendreの球函数Pn(x)に対してP
n(x)=0の根(x1、…xn)となる複数の点の流
速を測定し、 前記一方の座標軸(z軸)上の各点(z1、…zn)に
おける他方の座標軸(x軸)方向の管路幅と流速測定部
で測定した複数の点の流速から、ガウスの数値積分を行
い流速分布の面積を計算し、その流速分布の面積を、さ
らにガウスの数値積分を行うことで、管路全体の流量を
計算する、流量測定方法。
6. A flow measuring method for measuring a flow rate of a fluid flowing in a full state in a pipe, wherein two orthogonal coordinate axes (x axis,
When taking the (z-axis), the pipeline width is normalized in the direction of one coordinate axis (z-axis) as extending from -1 to 1, and the coordinates are taken in the one coordinate axis (z-axis) direction. Leg
a plurality of one coordinate axes (z-axis) that are roots (z1,... zn) of Pn (z) = 0 with respect to the spherical function Pn (z) of ndr
In the upper point (z1,... Zn), each point (z1,.
In n), the conduit width in the direction of the other coordinate axis (x-axis) is normalized as extending from -1 to 1 in the direction of the other coordinate axis (x-axis), and the coordinates are taken in the direction of the other coordinate axis (x-axis). Sometimes P for the Legendre sphere function Pn (x)
The flow velocity at a plurality of points that are roots (x1,... xn) of n (x) = 0 is measured, and the other coordinate axis (x-axis) at each point (z1,... zn) on the one coordinate axis (z-axis) ) From the pipeline width in the direction and the flow velocity at multiple points measured by the flow velocity measurement part, the area of the flow velocity distribution is calculated by performing Gaussian numerical integration, and the area of the flow velocity distribution is further subjected to the Gaussian numerical integration. , Calculate the flow rate of the entire pipeline, flow rate measurement method.
【請求項7】 管路内を満管状態で流れる流体の流量を
測定する流量測定方法であって、 管路内投影横断面において、その上下方向に管路幅を−
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
水深において、各水深における管路幅を水平方向に−1
から1に亘るものとして規格化し水平方向に座標をとっ
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
の流速を測定し、 前記各水深における水平方向の管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、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、管路全体の流量を計算する、流量測定方法。
7. A flow rate measuring method for measuring a flow rate of a fluid flowing in a pipe in a fully-filled state, wherein a pipe width is reduced in a vertical direction in a projected cross section in the pipe.
When the coordinates are normalized in the range from 1 to 1 and the coordinates are taken in the up-down direction, at a plurality of water depths that are roots (z1,... Zn) of Pn (z) = 0 with respect to the Legendre spherical function Pn (z). , The horizontal width of the pipeline at each water depth is -1
When the coordinates are taken in the horizontal direction, normalized to the range from to 1, the flow velocity of a plurality of points that are roots (x1,... Xn) of Pn (x) = 0 with respect to the Legendre spherical function Pn (x) From the horizontal pipe width at each water depth and the flow velocity at a plurality of points measured by the flow velocity measurement unit, calculate the area of the flow velocity distribution at each water depth by performing Gaussian numerical integration, and calculate the flow velocity distribution at each water depth. A flow rate measurement method that calculates the flow rate of the entire pipe line by further performing Gaussian numerical integration on the area of the pipe.
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