流量计测装置及流量计测方法制造方法及图纸

本发明专利技术的流量计测装置，是用于计测在配管的内部流淌的气体流量的流量计测装置，具有：超声波换能器，其与配管接触而设置；流量计算部，其基于由超声波换能器产生的超声波的接收结果，计算气体的流量，超声波换能器包括：超声波振荡部，使超声波向配管的内部振荡；超声波接收部，其用于接收超声波，超声波振荡部至少具有使超声波聚束在配管中心的聚束单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种流量计测装置及流量计测方法。本申请主张于2014年7月23日提出申请的日本特愿2014-150141号的优先权，将其内容纳入本申请中。
技术介绍
现有技术中，作为对配管内流淌的流体流量进行计测的超声波式流量计测装置，已知利用设置于配管表面的二维传感器来检测配管内流淌的流体流量的流量计测装置(例如，参照非专利文献1)。现有技术文献非专利文献非专利文献：通用电气传感与检测技术(GESensing&InspectionTechnologies)株式会社传感营业本部，“便携式超声波气体流量计PT878GC”，[2014年5月1日检索]，互联网(URL:http://www.gesensing.jp/product/pdf/flow/pt878gc.pdf)
技术实现思路
专利技术所要解决的问题但是，在上述超声波式流量计测装置中，二维传感器难以将超声波高效地入射到配管内，从而难以高精度地进行流量计测。另外，由于配管直径或厚度等计测条件极其受到限制，因此计测对象也会被限制，尤其在相对于小直径配管的通用性上有待改善。本专利技术的一实施方式，提供一种通用性优异，并且即使在不同的计测条件下也能够高精度地计测配管内流淌的气体流量的流量计测装置及流量计测方法。解决问题的技术方案根据本专利技术的第一方式，其为用于计测在配管内部流淌的气体流量的，所述流量计测装置具有：超声波换能器，其与所述配管接触而设置；流量计算部，其基于由所述超声波换能器产生的超声波的接收结果，计算所述气体的流量。所述超声波换能器包括：超声波振荡部，其使所述超声波向所述配管的内部振荡；用于接收所述超声波的超声波接收部，所述超声波振荡部至少具有聚束单元，该聚束单元用于使所述超声波聚束在所述配管的中心。另外，在上述第一方式中，所述聚束单元的所述超声波的振荡面可以具有与所述配管的外表面相对应的曲率。另外，在上述第一方式中，所述超声波接收部可以具有第二聚束单元，所述第二聚束单元的所述超声波的接收面也可以具有与所述配管的外表面相对应的曲率。另外，在上述第一方式中，也可以进一步具有设置于所述配管的减振构件。另外，在上述第一方式中，也可以进一步具有在所述配管和所述超声波换能器之间能够进行装卸的衬垫构件，所述衬垫构件可以具有与所述配管外表面的曲率相等的内径，并且具有与所述振荡面的曲率相等的外径。另外，在上述第一方式中，进一步具有：判断部，其基于在所述配管周向上的多个位置设置的多个超声波换能器的各个计测结果，判断所述配管内部中的所述气体的流速分布的偏差；选择部，其基于所述判断部的判断结果，从多个所述超声波换能器中选择进行计测的超声波换能器。另外，在上述第一方式中，由所述超声波换能器产生的所述超声波的中心频率可以设定为100kHz-1MHz。另外，在上述第一方式中，可以利用丝线法(tuftmethod)计测气体的流量。本专利技术的第二方式的流量计测方法，所述流量计测方法是对配管内部流淌的气体流量进行计测的流量计测方法，其包括：利用超声波换能器接收向该配管的内部振荡的超声波的接收步骤；基于在所述接收步骤中接收到的结果，计算所述气体流量的流量计算步骤，其中，所述超声波换能器包括：超声波振荡部，其使所述超声波向所述配管的内部振荡；超声波接收部，其用于接收所述超声波振荡部振荡了的所述超声波，所述超声波振荡部至少具有聚束单元，所述聚束单元用于使所述超声波聚束在所述配管的中心。另外，上述第二方式中，在所述接收步骤中，可以将所述聚束单元作为所述超声波换能器而使用，所述聚束单元的所述超声波的振荡面具有与所述配管的外表面相对应的曲率。另外，上述第二方式中，在所述接收步骤中，可以将具有第二聚束单元的所述超声波接收部作为所述超声波换能器而使用，所述第二聚束单元的所述超声波的接收面可以具有与所述配管的外表面相对应的曲率。另外，上述第二方式中，在所述接收步骤中，可以形成将减振构件配置于所述配管的状态。另外，上述第二方式中，在所述接收步骤之前，可以包括：基于分别在所述配管周向上的多个位置计测所述气体流量的结果，判断所述气体在所述配管内部的流速分布的偏差的判断步骤；基于所述判断步骤中的结果，选择在所述接收步骤中使用的所述超声波换能器的选择步骤。另外，上述第二方式中，由所述超声波换能器产生的所述超声波的中心频率可以设定为100kHz-1MHz。另外，上述第二方式中，可以利用丝线法计测所述气体的流量。专利技术效果根据本专利技术的实施方式，通用性优异，并且能够高精度地计测在计测条件不同的配管内流淌的气体流量。附图说明图1是示出第一实施方式的流量计测装置的示意性结构的图。图2A是示出超声波换能器的示意性结构的剖视图。图2B是示出超声波换能器的示意性结构的剖视图。图3是示出衬垫构件的结构的图。图4是示出控制部的结构的示意图。图5是示出使用现有二维传感器的情况下的分析结果的图。图6是示出使用曲面传感器的情况下的分析结果的图。图7是示出设置了曲面传感器和减振构件的情况下的分析结果的图。图8A是示出第二实施方式的流量计测装置的主要部分结构的图。图8B是示出第二实施方式的流量计测装置的主要部分结构的图。图9是示出应用时间延迟法的情况下的振荡面和接收面的结构的图。具体实施方式(第一实施方式)以下，参照附图说明本专利技术的第一实施方式。本实施方式的流量计测装置，例如是能够对配设在锅炉等的蒸汽制造装置和负载设备之间的配管内流淌的气体(例如，蒸汽)流量进行计测的系统。另外，本实施方式的流量计测装置，是利用超声波对配管内流淌的气体流量进行计测的装置。图1是示出本实施方式的流量计测装置的示意性结构的图。图2A、图2B是示出流量计测装置的主要部分结构的图。如图1所示，本实施方式的流量计测装置100具有超声波换能器1、控制部2。在图1中，配管10配设在蒸汽制造装置20(锅炉等)和负载设备30之间。来自蒸汽制造装置20的蒸汽在配管10中流淌，并传送到负载设备30。由此，负载设备30利用蒸汽或蒸汽的热量。从负载设备30排出的蒸汽作为冷凝水被回收，并汇集到循环水槽(未图示)，然后再次供应到蒸汽制造装置20。在现有技术中，在不破坏配管的情况下，利用超声波从外侧计测该配管内部流淌的流体(液体)的流量。以下，将不破坏配管而利用设置于配管表面的超声波换能器来从外侧计测在内部流淌的流体流量的方式称为夹持(clampon)方式。当利用上述夹持方式来计测配管内的液体流量时，超声波的收发路径为配管材料(固体)、液体以及配管材料(固体)。该情况下，因声波的反射在固体液体的界面产生能量损失，但是基本上能够良好地进行超声波信号的发送和接收。这是因为在固体和液体中，介质的音速和密度的乘积、即声阻抗的匹配相对良好。即，固体和液体的密度比和音速比为数倍至十倍左右。另一方面，当利用超声波计测在配管内部流淌的气体(例如，蒸汽)的流量时，需避免声阻抗在固体和气体中的显著差异。因此，当计测配管内流淌的气体流量时，基于夹持方式的气体流量的计测存在困难。此时，当计测在配管内流淌的气体的流量时，通常将超声波振荡器和接收器设置在配管内。该情况下，需要将在钢管设置有贯通孔的专用的带有凸缘的测量部插入于配管内。因此，需要暂时停止工作中的机械设备，并进行切割配管的作业。而且，现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流量计测装置，其为用于计测在配管内部流淌的气体的流量的流量计测装置，其特征在于，具有：超声波换能器，与所述配管接触而设置；流量计算部，基于由所述超声波换能器产生的超声波的接收结果，计算所述气体的流量，所述超声波换能器包括：超声波振荡部，使所述超声波向所述配管的内部振荡；用于接收所述超声波的超声波接收部，所述超声波振荡部至少具有聚束单元，该聚束单元使所述超声波聚束在所述配管的中心。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.23 JP 2014-1501411.一种流量计测装置，其为用于计测在配管内部流淌的气体的流量的流量计测装置，其特征在于，具有：超声波换能器，与所述配管接触而设置；流量计算部，基于由所述超声波换能器产生的超声波的接收结果，计算所述气体的流量，所述超声波换能器包括：超声波振荡部，使所述超声波向所述配管的内部振荡；用于接收所述超声波的超声波接收部，所述超声波振荡部至少具有聚束单元，该聚束单元使所述超声波聚束在所述配管的中心。2.根据权利要求1所述的流量计测装置，其特征在于，所述聚束单元的所述超声波的振荡面具有与所述配管的外表面相对应的曲率。3.根据权利要求2所述的流量计测装置，其特征在于，所述超声波接收部具有第二聚束单元，所述第二聚束单元的所述超声波的接收面具有与所述配管的外表面相对应的曲率。4.根据权利要求1-3中任一项所述的流量计测装置，其特征在于，所述流量计测装置进一步具有设置于所述配管的减振构件。5.根据权利要求1-4中任一项所述的流量计测装置，其特征在于，所述流量计测装置进一步具有可装卸在所述配管和所述超声波换能器之间的衬垫构件，所述衬垫构件具有与所述配管的外表面的曲率相等的内径，并且具有与所述振荡面的曲率相等的外径。6.根据权利要求1-5中任一项所述的流量计测装置，其特征在于，所述流量计测装置进一步具有：判断部，基于在所述配管的周向上的多个位置设置的多个超声波换能器的各个计测结果，判断所述气体在所述配管内部的流速分布的偏差；选择部，基于所述判断部的判断结果，从多个所述超声波换能器中选择用于计测的超声波换能器。7.根据权利要求1-6中任一项所述的流量计测装置，其特征在于，由所述超声波换能器产生的所述超声波的中心频率设定为100kHz-1MH...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅沢修一，田中胜彦，横坂雅树，宫内亮二，川口达也，木仓宏成，都築宣嘉，塚田圭祐，
申请(专利权)人：东京电力控股株式会社，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP