超声波流量计的利记博彩app
【专利摘要】一种超声波流量计，管体使用FRP，使在管体中沿管轴方向进行传输的超声波脉冲信号衰减，从而以高精度检测在管体内的流体中进行传输的超声波脉冲信号。在要测量的流体进行流动的管体（1）的上游侧及下游侧的沿着外侧的位置上固定有成对的超声波收发器（2a、2b）。管体（1）使用FRP（纤维强化树脂），纤维的排列方向设为与管体（1）的管轴正交的方向，即圆周方向。通过采用该FRP制的管体（1），从其中一个超声波收发器（2a，2b）向另一个超声波收发器（2b，2a）进行的经由管体（1）的用虚线表示的传输由于FRP的纤维排列方向而被极大程度地阻挡，用实线表示的在流体中进行了传输的超声波脉冲信号能够以高S/N被接收。
【专利说明】超声波流量计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及对管体上使用FRP并测量在管体内流动的流体的流量的超声波流量计。
【背景技术】
[0002]时间差方式的超声波流量计被广泛地实际应用，所述时间差方式的超声波流量计将成对的超声波收发器配置于流体进行流动的管体外部的上游侧和下游侧，从管体的外侧贯穿管壁将超声波脉冲信号发送到流体的液流内，根据超声波脉冲信号从上游侧向下游侧传输的时间与超声波脉冲信号从下游侧向上游侧传输的时间之差求出流体的流速，将该流速乘以管体的横截面积从而测量在管路内流动的流量。
[0003]该方法随着电子电路技术的进步向闻精度化发展，为了进一步实现闻精度化，有必要更准确地求出超声波脉冲信号的传输时间差，以高S/N检测进行传输的超声波脉冲信号是很重要的。
[0004]但是，从设置在超声波流量计的管体上的其中一个超声波收发器发出的超声波脉冲信号的一部分在管体中传输而被另一个超声波收发器接收，与在流体中进行了传输的超声波脉冲信号重叠地被接收。但是，这些信号由于频率相同，因此用滤波器进行分离极其困难。
[0005]另一方面，已知如下的例如专利文献I中记载的多普勒式超声波流量计:向流体进行流动的管体内发射超声波脉冲信号，检测从流体中包含的尘埃或气泡等异物反射的超声波脉冲信号的多普勒频率，从而测量管体内的流量。
[0006]在该多普勒式的超声波流量计中，即使使用容易传输超声波脉冲信号的材质的管体，在管体中传输的超声波脉冲信号和用于测量的多普勒检测信号也容易分离。另外，即使管体的材质是能够良好地传输超声波脉冲信号的材质，在多普勒式超声波流量计的场合下也不会对流量测量形成很大的障碍。
[0007]在专利文献I中，记载了对该多普勒式的超声波流量计的管体使用FRP(fiberreforced plastic:纤维强化树脂)，但如上所述，在多普勒式的超声波流量计中，管体的材质几乎不会产生问题，并不是出于本实用新型的目的而使用FRP。
[0008]另一方面，在专利文献2等中公开了 FRP中混入的纤维的排列方向使得超声波脉冲信号的声速或传输具有极强的各向异性，超声波脉冲信号的声速或传输的衰减根据FRP中的纤维的排列方向、频率存在很大的差异。例如，沿纤维排列方向的声速相对于与纤维正交的方向的声速，还取决于频率，但大概比其大5倍左右。
[0009]图6为基于FRP的纤维排列方向的差异的以频率为横轴的衰减特性的曲线图。与用虚线表示的超声波脉冲信号在纤维的排列方向上的大小相比，用实线表示的超声波脉冲信号在与纤维的排列方向正交的方向上的大小产生充分大的衰减。其原因是因为:FRP中的超声波的声速与纤维的各排列方向上的杨氏模量和材料的密度相关，衰减与基于纤维的各排列方向上的散射和材料的粘性的吸收有关。[0010]FRP多用作航空器或汽车等的材料，并且被应用于通过超声波进行的探伤技术等的非破坏检查中。已知在这样的检查中根据经验传输与超声波的频率成比例地衰减，通常极少利用使衰减开始的IOOKHz以上频率的超音波。即，为了检查，如何能够使超声波在FRP内良好地传输是非常需要关注的事情，在超声波检查中利用传输的衰减几乎不受纤维的排列方向影响的IOOkHz以下的频率。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开2005-156401号公报
[0014]专利文献2:日本特开平7-284198号公报
实用新型内容
[0015]本实用新型所要解决的技术问题
[0016]在使用以往的金属管或通常的合成树脂管的管体的时间差方式的超声波流量计中，在管体中直接传输的超声波脉冲信号构成干扰，使得测量用的在流体中进行传输的信号的S/N劣化，因此需要抑制在管体中进行传输的超声波脉冲信号。
[0017]另外，当在从管体内和管体外向管体传来的振动中包含测量频率的情况下，也成为以相同的理由使测量精度劣化的一个原因，为了提高超声波流量计的精度，解决这些问题成为课题。因此，尽管进行了电路技术上的改善，但还不能成为充分的解决方案。
[0018]本实用新型的目的在于提供一种超声波流量计，其能够解决上述的问题，对管体使用FRP，使在管体中沿管轴方向进行传输的超声波脉冲信号衰减，从而能够以高精度检测出在管体内的流体中进行传输的超声波脉冲信号。
[0019]解决技术问题的技术手段
[0020]为了达成上述目的，本实用新型的超声波流量计为时间差方式的超声波流量计，所述时间差方式的超声波流量计将成对的超声波收发器配置于在管体内流动的流体的上游侧和下游侧的管体的外侧，交替地重复进行将超声波脉冲从所述其中一个超声波收发器发射到流体中、并用所述另一个超声波收发器接收的动作，根据所述超声波脉冲信号以与所述流体的流动顺行的方式传输的时间和以与所述流体的流动逆行的方式传输的时间差，求出所述流体的速度，从而测量在所述管体内流动的流量，本实用新型的超声波流量计的特征在于:所述管体的全部或一部分由在音响传输特性上具有各向异性的FRP构成，并且以使所述超声波脉冲信号难以在所述管体中沿管轴方向传输的方式选择所述FRP的纤维的排列方向。
[0021]技术效果
[0022]本实用新型涉及的超声波流量计对管体使用FRP，并利用其音响传输特性的各向异性，抑制在管体中沿管轴方向进行传输的超声波脉冲信号，因此能够以高精度求出原本的在流体中进行传输的超声波脉冲信号。
[0023]S卩，利用FRP的音响传输特性的各向异性，使构成管体的纤维排列方向为与管轴大致正交的方向，因此能够很好地抑制在管体中进行传输的超声波脉冲信号。
【专利附图】
【附图说明】[0024]图1为实施例1的超声波流量计的结构图。
[0025]图2为由FRP构成的管体的纤维排列方向的说明图。
[0026]图3为沿着FRP的纤维排列方向时以及与排列方向正交的方向时的超声波脉冲信号的传输特性的曲线图。
[0027]图4 (a)和图4 (b)为在FRP制的管体和不锈钢制的管体的管体内的水中进行传输所接收到的超声波脉冲信号的传输特性的曲线图。
[0028]图5为实施例2的超声波流量计的结构图。
[0029]图6为基于FRP的纤维排列方向的差异的针对各频率的衰减特性的曲线图。【具体实施方式】
[0030]以下，基于图1至图5所示的实施例对本实用新型进行详细说明。
[0031]实施例1
[0032]图1为实施例1的超声波流量计的结构图。该超声波流量计采用当管体I的直径较小时所使用的称作所谓V型的超声波传输方式。在要测量的流体进行流动的管体I的上游侧及下游侧的沿着外侧的位置上固定有一对超声波收发器2a、2b。
[0033]尤其是，管体I使用FRP (纤维强化树脂)，如图2所示，该纤维F的排列方向为与管体I的管轴C正交的方向，也就是圆周方向。
[0034]在实施例1的时间差方式的超声波流量计中，在流体在管体I中流动的状态下，超声波脉冲信号从超声波收发器2a、2b中交替地被发送,横穿管体I内的流体，在管体I的相反侧的管壁上以V字状被反射，并被另一个超声波收发器2b、2a接收。然后，测量与流体的流动顺行时和与流体的流动逆行时的超声波脉冲信号的传输时间差At。由于该时间差Δ t与流体的流速V相当，因此，通过将时间差Λ t乘以管体I的横截面积S，得到流量Q为Q = S* At。
[0035]通过采用如上所述的FRP制的管体1，从其中一个超声波收发器2a、2b向另一个超声波收发器2b、2a进行的经由管体I的用虚线表示的传输由于FRP的纤维排列而被极大程度地阻挡，用实线表示的在流体中进行了传输的超声波脉冲信号能够以高S/N被接收。
[0036]图3示出了对使用由FRP构成的管体I和不锈钢制的管体I时的超声波频率和接收信号的S/N的关系进行了实际测量的曲线图。实线为沿与FRP的纤维的排列方向正交的方向在管体I中传输超声波脉冲信号的情况，虚线为在不锈钢制的管体I中传输超声波脉冲信号的情况。
[0037]由此可知，与不锈钢制的管体I的情况相比，在FRP制的管体I的情况下，在管体I中沿管轴方向传输的超声波脉冲信号较少，接收信号的S/N较大。另外，从该曲线图中可知，使用FRP制的管体I的超声波流量计优选使用500KHz至3MHz的频率，尤其是使用I至
1.5MHz的频率能够获得S/N良好的信号。
[0038]图4 (a)为将超声波收发器2a、2b安装在FRP的纤维排列方向为与管轴C正交的方向的管体I上、通过这些超声波收发器2a、2b获得的超声波脉冲信号的传输特性的曲线图。另外，图4 (b)为不锈钢制的管体I时的相同的曲线图。
[0039]在如图4 (a)所示的由FRP构成的管体I中，在没有接收到超声波脉冲信号时，在几乎不检测来自外部的干扰噪声的情况下，获得在管体I内的流体中进行了传输的超声波脉冲信号，超声波脉冲信号还获得整齐排列的波形，因此信号处理变得容易。
[0040]另一方面，在如图4 (b)所示的不锈钢制的管体I中，在管体I中传输的超声波信号比原来必要的在管体I的流体中进行传输的超声波脉冲信号更早到达，所获得的超声波脉冲信号为经过管体I内的流体的信号、来自外部的噪音以及在管体I中传输的信号所合成的信号，原来的信号很难提取。
[0041]与不锈钢制的管体I相比，FRP制的管体I能够最大以40dB (100倍)左右的良好的S/N接收在流体中进行了传输的超声波脉冲信号。由此也可知，纤维的排列方向为与管轴正交的方向的FRP制的管体I抑制在管体I中进行传输的超声波脉冲信号的传输。
[0042]像这样，通过适当地选择FRP的纤维的排列方向，使用FRP作为管体I的材料，并将所使用的超声波频率优选设为500KHZ以上，根据计算，构成噪音的超声波脉冲信号在管体I中进行传输的强度每IOcm下降至1/30以下。
[0043]实施例2
[0044]图5为实施例2的超声波流量计的结构图，其为在直径较大的管体I的情况下所使用的结构，超声波收发器2a、2b沿着管轴方向被配置在管体I的外侧的相反侧，并且示出了所谓I型的超声波脉冲信号的路径。
[0045]在该实施例2中，管体I也由FRP制作，纤维的排列方向也与管体I的管轴方向正交，因此，即使有与实施例1同样地在管体I中沿圆周方向行进的超声波脉冲信号，沿该管轴方向行进的超声波脉冲信号也很少。
[0046]另外，在实施例1和2中，如果将管体I设置为使用了碳纤维的CFRP (碳纤维强化树脂)，则管体I具有导电性，容易应对静电，如果用金属体覆盖管体1、超声波收发器2a、2b，则还能够实现防爆安全结构，将石油类作为流体的测量也变得容易。
[0047]另外，由于在管路的一部分中使用FRP，因此也可以将还包含能够测量流量的电路部分的流量计单元插入到管路的中途位置，或者仅将该流量计单元中的管体I设置为FRP。
[0048]另外，根据流体的性质，FRP有可能被腐蚀，因此还可以对由FRP构成的管体I的内侧进行涂覆，或者配置薄壁的金属管。
[0049]进一步地，仅在超声波收发器2a、2b之间的管体I的一部分中插入由FRP构成的短圆筒形的筒，或者在管体I的中途位置或管体I的外侧配置FRP，在该FRP上设置超声波收发器2a、2b，则具有阻挡超声波脉冲信号的传输的性能，因此其效果不能忽视。
[0050]在上述的实施例中，对将FRP的纤维排列方向排列为管体I的圆周方向进行了说明，但即使不一定准确地排列为圆周方向，只要能够有效地阻挡在管体I中沿管轴方向进行传输的超音波脉冲信号即可。另外，即使在纤维的排列方向随机或者重叠了多个FRP的情况下，只要排列方向平均并朝向圆周方向，就会有效果。
[0051]附图标记说明
[0052]1:管体
[0053]2a、2b:超声波收发器
【权利要求】
1.一种超声波流量计，其为时间差方式的超声波流量计，所述时间差方式的超声波流量计将成对的超声波收发器配置于在管体内流动的流体的上游侧和下游侧的管体的外侧，交替地重复进行将超声波脉冲信号从所述其中一个超声波收发器发射到流体中、并用所述另一个超声波收发器接收的动作，根据所述超声波脉冲信号以与所述流体的流动顺行的方式传输的时间和以与所述流体的流动逆行的方式传输的时间差，求出所述管体内的所述流体的速度，从而测量在所述管体内流动的流量，其特征在于:所述管体的全部或一部分由在音响传输特性上具有各向异性的FRP构成，并且以使所述超声波脉冲信号难以在所述管体中沿管轴方向传输的方式选择所述FRP的纤维的排列方向。
2.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述FRP的纤维的排列方向设为所述管体的大致圆周方向。
3.如权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述超声波脉冲信号使用500kHz至3MHz的频率。
4.如权利要求3所述的超声波流量计，其特征在于，所述超声波脉冲信号设为I至1.5MHz的频率。
5.如权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，使用金属体覆盖所述管体、所述超声波收发器从而形成为防爆安全结构。
【文档编号】G01F1/66GK203551014SQ201320503631
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2012年10月9日
【发明者】阿部贵史, 小林俊朗, 高桥祐二, 高本正树 申请人:东京计装株式会社