超音波を用いた流量擾乱源探査法の基盤技術開発

• 研究課題/領域番号: 23K26594
• 補助金の研究課題番号: 23H01901 (2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分31010:原子力工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 和田 守弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60738293)
• 研究分担者: 芳田 泰基 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (40908810)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円); 2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2024年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2023年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 超音波 / 流量 / 擾乱源 / 変動流

研究開始時の研究の概要

本研究は、これまで活用できていなかった流量に関する新しい情報を取得できる計測技術の基礎開発を目的としている。流量の値や変化は刻一刻と変化する設備の様々な状態の情報が含まれていると考えられる。このため、この計測技術が実現すると、従来では察知できていなかった設備不具合の予兆を捉えることが期待でき、より安全かつ効率的な設備稼働に貢献できる。

研究実績の概要

今年度は、流量計測の基礎システム構築に向けてこれまで開発を行ってきた計測機器をベースに多測線同時計測可能な超音波流量計測法の基本設計を行った。当初、使用することを想定していた多測線計測可能な超音波送受信器が故障により使用不可となってしまったため、急遽、別の送受信器を設計、試作を行った。試作において最も苦労した点はノイズ対策であるが、プリポストアンプの最適化やフィルタ構成、さらに信号回路の配置の工夫により試行錯誤することで、当初想定していたよりも低電圧での超音波送受信が可能であることを確認し、これまでよりも受信波形を高精度に検出できるようになった。また、新たな送受信器の特性に超音波センサを合わせる必要性も発生したことから、超音波センサの再設計・改良も実施した。超音波計測の繰り返し性および再現性を担保するため超音波センサを取り付けるための治具を新たに設計・製作した。この治具は配管規格によらず取り付け可能となるよう設計されているため、応用性の高いものとなった。これら再設計・改良・再製作した計測機器類を用いて、試験的な実流試験を実施した。用いた配管口径は200Aであり実機適用を想定した400m3/h付近の流量で行った。この結果、複数個所における同時測定が可能であることを確認した。なお、これらの再設計・改良・再製作を通じて、結果的に当初計画よりも低コストかつ小電力の計測システムの基礎構成となったため、今後、研究を推進するにあたって大きなプラスとなった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初、使用を予定していた機器の故障により、計測システム全体の再設計・改良・再製作に注力することが必要となってしまったため。

今後の研究の推進方策

研究の進捗状況は、予期せぬ機器故障により現時点ではやや遅れているが、今年度は結果的に当初計画していた計測システム構成よりも低コストかつ省電力なシステム構成に改善することができた。これにより、当初計画と比べてより効果的に研究予算を活用することや、試験を効率的に実施可能であることが見込まれるため、引き続き、都度優先順位を考慮しながら計画に則って研究を推進していく。