超音波流量計の測定原理

質問

伝播時間差法に基づく超音波流量計の測定原理を調べているのですが、1点分からないところがあり、ご教示いただければ幸いです。
超音波流量計で実際に測定されるのは超音波の伝播路に沿った線平均流速Vですが、流量の計算に用いるのは管の横断面での面平均流速Vaです。線平均流速と面平均流速は異なるため、これを補正する補正係数Kを用いて流量Qは次のように計算されます。（rは管の内半径です）
Q＝π･r^2･Va＝π･r^2･K･V
流れが層流の場合は補正係数Kは理論的に一定ですが、流れが乱流の場合は補正係数Kはレイノルズ数Reの関数になります。
流れが乱流の場合に、流量計の校正により、レイノルズ数Reと補正係数Kの関係を求めることはできると思います。
分からないのはこここからです。
実際に超音波流量計で流量を測定するときに実測できるのは伝播時間であり、装着条件により決まる入射角，管内半径を用いて線平均速度が計算されます。しかし、この段階ではまだ流量は得られていないのでレイノルズ数Reは未知であり、したがって、補正係数Kも未知です。どのような計算で流量を計算するのか分かりません。
ご教示よろしくお願いします。

回答No.1

noname#230359

まず、「超音波流速計」で検索してみてください。
メーカはオーバル、東京計器、横河電機等いろいろあります。
質問は補正係数をどのようにして求めるかということだと思いますが、この辺のことは聞けば教えてくれると思います。
私なら、ここに質問する前にメーカに直接聞きます。

まず、超音波流速計について調べてください。
管路を挟んで超音波素子を斜めに設置し、伝搬時間が流速によって変化するのを利用しているだけです。
　レイノルズ数によって層流、乱流になりますが斜めに超音波を通すことで、平均的な流速測定し、管径との演算で流量を測定します。
　メーカのカタログでは１％以下の精度があるといっています。
私も昔、質問者さんのようなことを考えましたが、厳しい精度を要求しなければ簡単に使える物だと思っています。

お礼

kazu iさん、ご教示有難うございます。メーカに聞く前に分かればと思い質問しました。校正により、レイノルズ数に対する補正係数曲線を求めることができるのは分かります。分からないのは、実際の流量測定時に流量（すなわち面平均流速）が未知であるので、レイノルズ数も未知であり、どのように校正で求めたレイノルズ数に対する補正係数曲線を使うことができるのかを知りたいと思ったわけです。

kazu iさん、ご教示有難うございます。
超音波流量計で測定されるのは伝播路上の線平均流速であり、流量計算に必要な管横断面上の面平均流速に変換するために補正係数を用います。層流の場合は、補正係数が定数ですから問題ないのですが、乱流の場合は補正係数がレイノルズ数の関数になります。レイノルズ数を知るには管横断面上の面平均流速が必要ですが、これは今求めようとしてるもので未知です。ここで先に進めなくなってしまいます。簡単そうで難しいですね。