JP2000180227A - Ultrasonic vortex flowmeter - Google Patents

Ultrasonic vortex flowmeter

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JP2000180227A
JP2000180227A JP10375985A JP37598598A JP2000180227A JP 2000180227 A JP2000180227 A JP 2000180227A JP 10375985 A JP10375985 A JP 10375985A JP 37598598 A JP37598598 A JP 37598598A JP 2000180227 A JP2000180227 A JP 2000180227A
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vortex
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廣男 樫本
Atsuro Sen
敦朗 千
Koichi Tashiro
耕一 田代
Kaname Ueno
要 上野
Tatsuo Sugata
達夫 菅田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance S/N ratio in an ultrasonic vortex flowmeter by reducing sneak noises which propagate through a bluff body and a meter body. SOLUTION: A measurement passage 17 is formed inside a bluff body 16 provided across the flow passage 14 of the mater body 15, the measurement passage 17 being communicated with the flow passage 14 by holes 18, 19. Ultrasonic wave transceivers 20, 21 opposite each other across the measurement passage 14 are attached to both ends of the bluff body 16. Circulation of gas in the flow passage 14 generates a Karman vortex causing fluctuation of flow velocity within the measurement passage 17. This flow is detected by means of the ultrasonic transceivers 20, 21 so as to measure the flow rate of the gas. The cylinder parts of the sensor holders 28 of the ultrasonic transceivers 20, 21 are welded together by means of coupling parts 35 into a split structure. Since ultrasonic waves propagating through the cylinder parts of the sensor holders 28 are reflected and attenuated by the boundary faces of the coupling parts 35, sneak noises which propagate through the bluff body 16 and the meter body 15 are reduced whereby S/N ratio is enhanced.

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、超音波センサを利
用してカルマン渦の発生を検出することによって管路内
のガスの流量を計測する超音波渦流量計に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeter for measuring the flow rate of gas in a pipeline by detecting the occurrence of Karman vortex using an ultrasonic sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の超音波渦流量計の一例について図
8ないし図10を参照して説明する。図8ないし図10に示
すように、超音波渦流量計1は、被測定流体であるガス
の流路2を形成するメータ本体3内に、流路2を横切る
柱状のブラフボディ4(渦発生体)が設けられ、ブラフ
ボディ4の内部には計測通路5(内部空間)が形成され
ている。ブラフボディ4には、その下流側に向けて、計
測通路5に連通する一対の孔6,7が開口されている。
ブラフボディ4には、計測通路5をはさんで両端部に、
圧電素子(超音波素子)を備えた一対の超音波送受信器
8,9が取付けられている。
2. Description of the Related Art An example of a conventional ultrasonic vortex flowmeter will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 8 to 10, the ultrasonic vortex flowmeter 1 includes a column-shaped bluff body 4 (a vortex generator) traversing the flow path 2 in a meter main body 3 forming a flow path 2 of a gas to be measured. The measurement passage 5 (internal space) is formed inside the bluff body 4. A pair of holes 6 and 7 communicating with the measurement passage 5 are opened in the bluff body 4 toward the downstream side.
On the bluff body 4, sandwich the measurement passage 5 at both ends,
A pair of ultrasonic transceivers 8 and 9 each having a piezoelectric element (ultrasonic element) are attached.

【0003】そして、メータ本体3内の流路2にガスが
流れると、ブラフボディ4の下流にガスの流速に応じた
周期でカルマン渦Kが交番的に発生し、このカルマン渦
Kに同期して生じるガスの流れが孔6,7から計測通路
5内に導入されて、計測通路5内にカルマン渦Kの発生
周期と同じ周期で流速変化が生じる。超音波送信器8か
ら発信され、計測通路5内のガス中を伝搬する超音波
は、カルマン渦Kによる計測通路5内のガスの流れによ
って変調を受けて超音波受信器9で受信されるので、こ
の変調分を位相比較器等によって抽出してカルマン渦K
の発生周期を検出することにより、流路2内のガスの流
量を求めることができる。
When the gas flows through the flow path 2 in the meter body 3, a Karman vortex K is generated alternately downstream of the bluff body 4 at a period corresponding to the gas flow rate, and synchronized with the Karman vortex K. The resulting gas flow is introduced into the measurement passage 5 from the holes 6 and 7, and a flow velocity change occurs in the measurement passage 5 at the same cycle as the generation cycle of the Karman vortex K. The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter 8 and propagated in the gas in the measurement passage 5 is modulated by the gas flow in the measurement passage 5 due to the Karman vortex K and received by the ultrasonic receiver 9. The modulated component is extracted by a phase comparator or the like, and the Karman vortex K is extracted.
The flow rate of the gas in the flow path 2 can be obtained by detecting the generation cycle of the flow.

【0004】このとき、超音波送信器8から発信された
超音波の一部は、ブラフボディ4およびメータ本体3を
伝搬して超音波受信器9にノイズ成分として受信される
(超音波が回り込む)ことになるが、超音波は、被測定
流体であるガス中よりもブラフボディ4およびメータ本
体3等の固体中の方が遥かに伝搬しやすいので、ブラフ
ボディ4およびメータ本体3を伝搬する回り込みノイズ
が大きくなり、S/N比(シグナル/ノイズ比)が低下
して安定したカルマン渦の検出が困難になる。
At this time, a part of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter 8 propagates through the bluff body 4 and the meter main body 3 and is received by the ultrasonic receiver 9 as a noise component (the ultrasonic wave goes around). However, since the ultrasonic wave propagates much more easily in the solid such as the bluff body 4 and the meter main body 3 than in the gas to be measured, the ultrasonic wave propagates through the bluff body 4 and the meter main body 3. The wraparound noise increases, the S / N ratio (signal / noise ratio) decreases, and it becomes difficult to detect a stable Karman vortex.

【0005】そこで、従来は、図10に示すように、ブラ
フボディ4を弾性体であるOリング10を介してメータ本
体3に取付け、超音波送受信器8,9(同一の構成であ
るため、超音波送信器8のみ図示する)を弾性体である
Oリング11およびパッキン12を介してブラフボディ4に
取付けることにより、メータ本体3およびブラフボディ
4に伝搬する漏洩超音波を減衰させるようにしていた。
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 10, the bluff body 4 is attached to the meter body 3 via an O-ring 10 which is an elastic body, and the ultrasonic transceivers 8 and 9 (since they have the same configuration, By attaching an ultrasonic transmitter 8 (shown only) to the bluff body 4 via an O-ring 11 and a packing 12, which are elastic members, leaked ultrasonic waves propagating to the meter main body 3 and the bluff body 4 are attenuated. Was.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波渦流量計では、次のような問題があった。メ
ータ本体、ブラフボディおよび超音波送受信器は、互い
にボルト等によって締結されるため、これらのボルト等
を介して各部材間で漏洩超音波が伝搬するため、回り込
みノイズを充分に遮断することができない。特に、被測
定流体が高圧である場合、各部材の締結力を高めるた
め、多数のボルト等を設ける必要があり、回り込みノイ
ズが伝搬しやすくなるという問題があった。
However, the conventional ultrasonic vortex flowmeter has the following problems. The meter body, the bluff body, and the ultrasonic transceiver are fastened to each other by bolts or the like, so that leaked ultrasonic waves propagate between the members via these bolts or the like, so that it is not possible to sufficiently shut off sneak noise. . In particular, when the fluid to be measured is at a high pressure, it is necessary to provide a large number of bolts and the like in order to increase the fastening force of each member, and there has been a problem that sneak noise easily propagates.

【0007】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、メータ本体およびブラフボディを伝搬する漏洩
超音波を減衰することで回り込みノイズを低減すること
ができる超音波渦流量計を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and provides an ultrasonic vortex flowmeter capable of reducing sneaking noise by attenuating leaking ultrasonic waves propagating through a meter body and a bluff body. The purpose is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1の発明は、被測定流体が流れる流路と、
該流路内に設けられて下流側にカルマン渦を発生させる
と共に内部空間を有し、当該内部空間に前記カルマン渦
に同期した被測定流体の流れが導入されるための孔が周
壁部に設けられた渦発生体と、前記渦発生体の内部空間
に導入される前記被測定流体の流れによる変動領域を挟
んで配置された一対の超音波送受信器と、を備えた超音
波渦流量計であって、前記一対の超音波送受信器のう
ち、少なくとも一方は、略有底円筒状の形状をなし、そ
の底部に超音波素子が載置されるホルダを有し、該ホル
ダは円筒部分で2以上の部材が接合して形成されること
を特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 includes a flow path through which a fluid to be measured flows;
A hole is provided in the peripheral wall portion for generating a Karman vortex on the downstream side and having an internal space provided in the flow path, and for introducing a flow of the fluid to be measured in synchronization with the Karman vortex into the internal space. An ultrasonic vortex flowmeter comprising a vortex generator, and a pair of ultrasonic transceivers arranged with a fluctuation region caused by the flow of the fluid to be measured introduced into the internal space of the vortex generator. At least one of the pair of ultrasonic transceivers has a substantially cylindrical shape with a bottom, and has a holder on the bottom of which an ultrasonic element is mounted. It is characterized in that the above members are joined and formed.

【0009】このように構成したことにより、超音波素
子からホルダに伝搬した超音波は、ホルダ円筒部の結合
部によって形成される境界面によって反射、減衰され
る。
With this configuration, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic element to the holder is reflected and attenuated by the boundary surface formed by the coupling portion of the holder cylindrical portion.

【0010】また、請求項2の発明の超音波渦流量計
は、上記請求項1の構成において、前記ホルダの少なく
とも1つの結合部は、振動の節となる位置に設定されて
いることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic vortex flowmeter according to the first aspect, at least one coupling portion of the holder is set at a position serving as a node of vibration. And

【0011】このように構成したことにより、節となっ
ているホルダの結合部からホルダの底部が超音波の周波
数での振動を起こしやすくなる。
With this configuration, the bottom of the holder is easily vibrated at the frequency of the ultrasonic wave from the joint of the holder serving as the node.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】本発明の第1実施形態について図1および
図2を参照して説明する。図1および図2に示すよう
に、超音波渦流量計13は、被測定流体であるガスの流路
14を形成する略円筒状のメータ本体15に、流路14を横切
るように直径方向に沿って柱状のブラフボディ16が貫通
されている。ブラフボディ16には、その長手に沿って計
測通路17(内部空間)が貫通され、また、その側壁に
は、メータ本体15の流路14と計測通路17とを連通させる
一対の孔18,19が下流側に向かって開口されている。そ
して、ブラフボディ16の両端部には、計測通路17をはさ
んで互いに対向する一対の超音波送受信器20,21が取付
けられている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic vortex flowmeter 13 is used to flow a gas as a fluid to be measured.
A column-shaped bluff body 16 is pierced through a substantially cylindrical meter main body 15 forming the pipe 14 in a diametrical direction across the flow path 14. A measurement passage 17 (internal space) penetrates the bluff body 16 along its length, and a pair of holes 18, 19 for communicating the flow passage 14 of the meter body 15 with the measurement passage 17 is formed in the side wall. Are open toward the downstream side. At both ends of the bluff body 16, a pair of ultrasonic transceivers 20, 21 facing each other across the measurement passage 17 are attached.

【0014】ブラフボディ16の両端部にはフランジ部2
2,23が形成され、超音波送受信器20,21にはそれぞれ
フランジ部24,25が形成されており、フランジ部22,24
間およびフランジ部23,25間にそれぞれパッキン26を介
装して、ブラフボディ16および超音波送受信器20,21が
ボルト27によってメータ本体15に結合されている。
At both ends of the bluff body 16, flange portions 2 are provided.
2 and 23 are formed, and the ultrasonic transceivers 20 and 21 are formed with flange portions 24 and 25, respectively.
The bluff body 16 and the ultrasonic transceivers 20 and 21 are connected to the meter main body 15 by bolts 27 with a packing 26 interposed therebetween and between the flange portions 23 and 25, respectively.

【0015】超音波送受信器20,21は同様の構造であり
(図2には超音波送信器20のみを図示する)、略有底円
筒状のセンサホルダ28内の底部に圧電素子29(超音波素
子)がシリコン接着剤またはエポキシ樹脂等の音響接合
剤によって接着されている。また、圧電素子29には、P
TFE線またはウレタン線等のリード線30が接続され、
このリード線が接続される電極の端子31は、ハーメチッ
クシールによって蓋部材32に接合されており、蓋部材32
はセンサホルダ28の開口部に接着、溶着または螺着等に
よって取り付けられているため、センサホルダ28は気密
封止された状態となっている。
The ultrasonic transmitters / receivers 20, 21 have the same structure (only the ultrasonic transmitter 20 is shown in FIG. 2), and a piezoelectric element 29 (ultrasonic) is provided at the bottom in a substantially bottomed cylindrical sensor holder 28. Sound element) is bonded with an acoustic bonding agent such as a silicone adhesive or an epoxy resin. In addition, the piezoelectric element 29 has P
Lead wire 30 such as TFE wire or urethane wire is connected,
The terminal 31 of the electrode to which the lead wire is connected is joined to the lid member 32 by a hermetic seal.
Is attached to the opening of the sensor holder 28 by adhesion, welding, screwing, or the like, so that the sensor holder 28 is airtightly sealed.

【0016】センサホルダ28は、底部を有するセンサ取
付部33とフランジ部24,25を有するブラフボディ取付部
34との2つの円筒部が結合した2分割構造となってい
る。センサ取付部33とブラフボディ取付部34とは、溶接
(TIG溶接、レーザ溶接、抵抗溶接等)、ロウ付、接
着等によって結合されている。この結合によって形成さ
れる結合部35は、超音波の伝搬特性(音響インピーダン
ス)がセンサホルダ28の他の部分と異なっているため、
結合部35には音響の境界面が形成される。したがって、
結合部35とセンサ取付部33およびブラフボディ取付部34
との境界面において、圧電素子29から発信されてセンサ
ホルダ28の円筒部を伝搬する超音波が反射、減衰され
る。また、センサホルダ28の各部の寸法は、図6に示さ
れるように、送受信を行う超音波の波長をλとすると、
底部の直径がλ/2、底部から結合部35までの距離がλ
/2となるように設定されている。このような寸法に設
定することにより、圧電素子29が振動したとき、結合部
35を節としてセンサホルダ28が振動する。
The sensor holder 28 includes a sensor mounting portion 33 having a bottom portion and a bluff body mounting portion having flange portions 24 and 25.
34 has a two-part structure in which two cylindrical parts are combined. The sensor attachment portion 33 and the bluff body attachment portion 34 are connected by welding (TIG welding, laser welding, resistance welding, or the like), brazing, bonding, or the like. The coupling portion 35 formed by this coupling has a different propagation characteristic (acoustic impedance) of the ultrasonic wave from the other portions of the sensor holder 28,
An acoustic boundary surface is formed in the joint 35. Therefore,
Coupling part 35, sensor mounting part 33 and bluff body mounting part 34
Ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric element 29 and propagating through the cylindrical portion of the sensor holder 28 are reflected and attenuated at the boundary surface between them. As shown in FIG. 6, the dimensions of each part of the sensor holder 28 are as follows, where λ is the wavelength of the ultrasonic wave to be transmitted and received.
The diameter of the bottom is λ / 2, and the distance from the bottom to the joint 35 is λ
/ 2. By setting these dimensions, when the piezoelectric element 29 vibrates, the coupling portion
The sensor holder 28 vibrates with 35 as a node.

【0017】以上のように構成した本実施形態の作用に
ついて次に説明する。
The operation of the embodiment constructed as above will be described below.

【0018】センサ駆動回路(図示せず)からの電気信
号によって超音波送信器20の圧電素子29を振動させてセ
ンサホルダ28の底部から超音波を発信させ、ブラフボデ
ィ16の計測通路17内を伝搬した超音波を超音波受信器21
の圧電素子29で受信して電気信号に変換する。メータ本
体15の流路14に被測定流体であるガスが流通すると、そ
の流速に応じた周期でブラフボディ16の下流にカルマン
渦が交番的に発生する。このカルマン渦に同期したガス
の流れが孔18,19から計測通路17内に導入されて、計測
通路17内にカルマン渦の発生周期と同じ周期で流速変化
が生じる。この流速変化により、計測通路17内を伝搬す
る超音波は、カルマン渦の発生周期に応じた変調を受け
るので、位相比較器等(図示せず)によって超音波の変
調分を抽出することにより、この変調分に基づいてカル
マン渦の発生周期を検出することができ、ガスの流量を
求めることができる。
The piezoelectric element 29 of the ultrasonic transmitter 20 is vibrated by an electric signal from a sensor drive circuit (not shown) to transmit ultrasonic waves from the bottom of the sensor holder 28, and the ultrasonic wave is transmitted through the measurement passage 17 of the bluff body 16. The transmitted ultrasonic wave is transmitted to the ultrasonic receiver 21
Received by the piezoelectric element 29 and converted into an electric signal. When the gas to be measured flows through the flow path 14 of the meter main body 15, Karman vortices are generated alternately downstream of the bluff body 16 at a period corresponding to the flow velocity. The gas flow synchronized with the Karman vortex is introduced into the measurement passage 17 from the holes 18 and 19, and the flow velocity changes in the measurement passage 17 at the same cycle as the Karman vortex generation cycle. Due to the change in the flow velocity, the ultrasonic wave propagating in the measurement passage 17 undergoes modulation according to the generation cycle of the Karman vortex. Therefore, by extracting the modulation amount of the ultrasonic wave by using a phase comparator or the like (not shown), The generation period of the Karman vortex can be detected based on this modulation, and the gas flow rate can be obtained.

【0019】このとき、センサホルダ28は、センサ取付
部33とブラフボディ取付部34とが組織(音響インピーダ
ンス)の異なる結合部35によって結合されているので、
センサホルダ28の円筒部を伝搬する超音波に対して、セ
ンサ取付部33およびブラフボディ取付部34と結合部35と
の境界面が音響的障害となり、音波の減衰(反射および
散乱)が発生し、ブラフボディ16およびメータ本体15へ
伝搬される漏洩超音波が低減される。また、結合部35
が、圧電素子29による振動の節となるように設定されて
いるので、図6中破線で示すようにセンサホルダ28が振
動を起こす。
At this time, in the sensor holder 28, the sensor mounting portion 33 and the bluff body mounting portion 34 are connected by the connecting portions 35 having different tissues (acoustic impedance).
For ultrasonic waves propagating through the cylindrical portion of the sensor holder 28, the interface between the sensor mounting portion 33 and the bluff body mounting portion 34 and the coupling portion 35 becomes an acoustic obstacle, and attenuation (reflection and scattering) of sound waves occurs. The leakage ultrasonic wave transmitted to the bluff body 16 and the meter main body 15 is reduced. In addition, the joint 35
Is set to be a node of the vibration by the piezoelectric element 29, so that the sensor holder 28 vibrates as shown by a broken line in FIG.

【0020】被測定流体がガスである場合には、固体、
液体に比べて音速、密度が小さいために音響インピーダ
ンスが小さく超音波の透過率が低いので、大きな音圧を
必要とする。また、音速が小さいために、超音波送信20
から送信した超音波が超音波受信器21で受信される間に
生じる位相差が±2πを越えてしまって流量が検出でき
なくなることを防止するために、低い周波数を用いる必
要がある。このため、圧電素子29には、低い周波数(1
次モードの周波数)で径方向の振動を大きく起こすユニ
モルフ型の素子が用いられる。
When the fluid to be measured is a gas, a solid,
Since sound velocity and density are lower than liquid, acoustic impedance is small and ultrasonic wave transmittance is low, so a large sound pressure is required. Also, due to the low sound speed, ultrasonic transmission
It is necessary to use a low frequency in order to prevent that the phase difference generated while the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic receiver 21 is received by the ultrasonic wave receiver 21 exceeds ± 2π and the flow rate cannot be detected. Therefore, the piezoelectric element 29 has a low frequency (1
A unimorph-type element that causes large radial vibration at the next mode frequency) is used.

【0021】このユニモルフ型の圧電素子29をセンサホ
ルダ28の底部に張り付け、径方向に振動させると(図7
(a)参照)、その伸縮によりセンサホルダ28の底部が
図7(b)(縮み時)および図7(c)(伸び時)に示
すように、センサホルダ28の高さ方向に変形する。この
変形により、直接ガスに超音波の振動を伝達させること
ができるため、低い周波数で大きな音圧の超音波を送受
信することができる。
When this unimorph type piezoelectric element 29 is attached to the bottom of the sensor holder 28 and vibrated in the radial direction (FIG. 7).
7 (a)), the bottom of the sensor holder 28 is deformed in the height direction of the sensor holder 28 as shown in FIG. 7 (b) (when contracted) and FIG. 7 (c) (when extended) due to the expansion and contraction. Due to this deformation, the ultrasonic vibration can be directly transmitted to the gas, so that an ultrasonic wave having a large sound pressure at a low frequency can be transmitted and received.

【0022】ここで、センサホルダの結合部35から底部
にかけての各寸法が図6の寸法に設定されていると、結
合部35を節として、結合部35から底部にかけてセンサホ
ルダ28が振動(変形)しやすくなり、小さな電圧で大き
な音圧の振動を得ることができる。なお、底部の直径及
び底部から結合部35までの距離は、必ずしもλ/2であ
る必要はなく、この整数倍であればよい。また、その他
の条件によっては、センサホルダ28の底部の直径及び底
部から結合部35までの距離のそれぞれが必ずしもλ/2
の整数倍である必要はなく、結合部に振動の節がくるよ
うに設定されていればよい。
If the dimensions of the sensor holder from the connecting portion 35 to the bottom are set to the dimensions shown in FIG. 6, the sensor holder 28 vibrates (deforms) from the connecting portion 35 to the bottom using the connecting portion 35 as a node. ), And a vibration with a large sound pressure can be obtained with a small voltage. It should be noted that the diameter of the bottom and the distance from the bottom to the coupling portion 35 do not necessarily have to be λ / 2, but may be an integral multiple of this. Further, depending on other conditions, each of the diameter of the bottom of the sensor holder 28 and the distance from the bottom to the coupling portion 35 is not necessarily λ / 2.
It is not necessary to be an integral multiple of, and it is sufficient that the joint is set so that a node of vibration comes.

【0023】結合部35に形成される音響的な境界面によ
る漏洩超音波の減衰によるノイズの低減と、結合部35を
節とした振動の効率向上によるシグナルの増大とによ
り、S/N比が向上して安定したカルマン渦の検出を行
うことができ流量計測精度を高めることができる。
The noise reduction due to the attenuation of the leaked ultrasonic wave due to the acoustic boundary formed at the joint 35 and the increase in the signal due to the improvement of the efficiency of the vibration at the joint 35 increase the S / N ratio. Improved and stable detection of Karman vortices can be performed, and flow measurement accuracy can be increased.

【0024】次に、本発明の第2実施形態について図3
ないし図5を参照して説明する。なお、第2実施形態
は、上記第1実施形態に対して、超音波送受信器のセン
サホルダの構造が異なる以外は概して同様の構造である
から、以下、図1および図2に示す第1実施形態のもの
と同様の部分には同一の符号を付して異なる部分につい
てのみ詳細に説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. Note that the second embodiment has substantially the same structure as the first embodiment except that the structure of the sensor holder of the ultrasonic transceiver is different. Therefore, the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described below. The same parts as those of the embodiment are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described in detail.

【0025】図3および図4に示すように、第2実施形
態の超音波渦流量計36では、超音波送受信器37,38(図
3には超音波送信器37のみ図示する)のセンサホルダ39
は、センサ取付部33とブラフボディ取付部34との間に円
筒状のセンサアダプタ40が結合された3分割構造となっ
ている。センサ取付部33およびブラフボディ取付部34と
センサアダプタ40とは、上記第1実施形態と同様に結合
され、これらの間に超音波の伝搬特性(音響インピーダ
ンス)の異なる結合部41,42が形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the ultrasonic eddy flow meter 36 of the second embodiment, the sensor holders of the ultrasonic transceivers 37 and 38 (only the ultrasonic transmitter 37 is shown in FIG. 3). 39
Has a three-part structure in which a cylindrical sensor adapter 40 is connected between the sensor mounting part 33 and the bluff body mounting part 34. The sensor mounting portion 33, the bluff body mounting portion 34, and the sensor adapter 40 are connected in the same manner as in the first embodiment, and connecting portions 41, 42 having different ultrasonic wave propagation characteristics (acoustic impedance) are formed therebetween. Have been.

【0026】そして、センサアダプタ40を結合した分、
センサホルダ39の高さ方向の寸法を大きくし、その分だ
けセンサホルダ39の先端部をブラフボディ16の計測通路
17内に突出させて、メータ本体15の流路14の直径Dに対
して、超音波送受信器37,38間の距離L1および孔18,19
間の距離L2を小さくしている。
Then, as much as the sensor adapter 40 is connected,
The height of the sensor holder 39 in the height direction is increased, and the tip of the sensor holder 39 is moved to the measurement passage of the bluff body 16.
17, the distance L 1 between the ultrasonic transceivers 37 and 38 and the holes 18 and 19 with respect to the diameter D of the flow path 14 of the meter body 15.
The distance L 2 between are reduced.

【0027】このように構成したことにより、センサホ
ルダ39に音響的障害層となる2つの結合部41,42が形成
されるので、ブラフボディ16およびメータ本体15への漏
洩超音波を上記第1実施例のものよりさらに低減するこ
とができる。
With this configuration, two coupling portions 41 and 42 serving as an acoustic obstacle layer are formed in the sensor holder 39, and the ultrasonic waves leaking to the bluff body 16 and the meter main body 15 are transmitted to the first holder. It can be further reduced than that of the embodiment.

【0028】センサ取付部33およびブラフボディ取付部
34を上記第1実施形態のものと共通とし、軸方向寸法の
異なるセンサアダプタ40と組合せることにより、様々な
軸方向寸法のセンサホルダ39を製造することができるの
で、部品の共通化によって製造コストを低減することが
できる。ここで、センサホルダ39の底部の圧電素子29の
取付面の加工精度は、超音波の送受信特性に大きく影響
するが、従来の一体型のセンサホルダでは、軸方向の寸
法を大きくした場合、加工面が深くなるため、充分な加
工精度を得ることが困難であったが、本発明では、セン
サホルダ39を分割構造としてセンサ取付部33を別体とし
たことにより、センサ取付部33の底部の圧電素子29の取
付面の加工が容易になり、その加工精度を向上させるこ
とができる。
Sensor mounting part 33 and bluff body mounting part
34 is common to that of the first embodiment, and sensor holders 39 having various axial dimensions can be manufactured by combining with sensor adapters 40 having different axial dimensions. Cost can be reduced. Here, the processing accuracy of the mounting surface of the piezoelectric element 29 at the bottom of the sensor holder 39 greatly affects the transmission / reception characteristics of ultrasonic waves. However, in the case of a conventional integrated sensor holder, when the axial dimension is increased, the processing accuracy is reduced. Since the surface becomes deep, it was difficult to obtain sufficient processing accuracy. However, in the present invention, the sensor holder 39 is divided into a separate structure and the sensor mounting portion 33 is formed separately, so that the bottom of the sensor mounting portion 33 is formed. Processing of the mounting surface of the piezoelectric element 29 is facilitated, and processing accuracy can be improved.

【0029】センサホルダ39の高さ方向の寸法を大きく
できることから、図4に示すようにメータ本体15の流路
14の直径Dが大きい場合でも、流路の直径Dによらず超
音波送受信器37,38間の距離L1を自由に選択することが
できる。
Since the dimension of the sensor holder 39 in the height direction can be increased, as shown in FIG.
Even if the diameter D of the 14 large, the distance L 1 between the ultrasonic transceivers 37 and 38 regardless of the diameter D of the channel can be freely selected.

【0030】一般に超音波を用いた流量計においては、
超音波送受信器間の距離が大きくなると、超音波の変調
量が大きくなり、超音波の減衰やフローノイズ、被測定
流体の温度変動による超音波の伝搬速度変化等による影
響が大きくなり、正確な流量計則が困難になる。つま
り、超音波送受信器間の距離が大きくなると、被測定流
体であるガス中での音波の減衰が非常に大いため、受信
レベルが著しく低下するのに対して、ブラフボディおよ
びメータ本体を伝搬する回り込みノイズの減衰は比較的
小さいので、S/N比が低下して安定したカルマン渦の
検出が行えなくなり、流量計測精度が低下する。また、
従来、位相比較器の位相差許容範囲の限界により、超音
波送受信器間の距離が限定されることがあり、流路の直
径を大きくする場合、圧電素子及びセンサホルダを変更
して発信周波数を変える必要があった。
Generally, in a flow meter using ultrasonic waves,
When the distance between the ultrasonic transmitter and the receiver increases, the modulation amount of the ultrasonic wave increases, the attenuation of the ultrasonic wave, the flow noise, the influence of the change in the propagation speed of the ultrasonic wave due to the temperature fluctuation of the fluid to be measured, and the like, increase the accuracy. Flow meter rules become difficult. In other words, when the distance between the ultrasonic transmitters and receivers is increased, the attenuation of the sound wave in the gas to be measured is extremely large, and the reception level is significantly reduced, while the sound propagates through the bluff body and the meter body. Since the attenuation of the wraparound noise is relatively small, the S / N ratio is reduced, and stable detection of Karman vortex cannot be performed, and the flow rate measurement accuracy decreases. Also,
Conventionally, the distance between the ultrasonic transmitter and receiver may be limited due to the limit of the allowable range of the phase difference of the phase comparator.When increasing the diameter of the flow path, the transmission frequency is changed by changing the piezoelectric element and the sensor holder. I needed to change it.

【0031】これに対して、本発明では、センサアダプ
タ40の軸方向の寸法を大きくすることによってセンサホ
ルダ39の軸方向寸法を大きくすることができるので、流
路14の直径Dにかかわらず、超音波送受信器37,38間の
距離を自由に選択することができ、上記問題点を解消し
て安定した高精度の流量計則が可能となる。
On the other hand, according to the present invention, the axial dimension of the sensor holder 39 can be increased by increasing the axial dimension of the sensor adapter 40. Therefore, regardless of the diameter D of the flow path 14, The distance between the ultrasonic transmitters / receivers 37 and 38 can be freely selected, and the above-mentioned problems can be solved to achieve a stable and high-precision flow meter rule.

【0032】なお、第1および第2実施形態では、セン
サホルダを2分割および3分割構造とした場合について
説明しているが、本発明はこれに限らず、4分割以上の
分割構造とすることも可能である。また、上記実施形態
では、カルマン渦に同期したガスの流れが孔18,19から
導入されて計測通路17(ブラフボディ16の内部空間)内
に起きる流速変化によって超音波が変調される構成とし
ているが、これに限らず、例えば、ブラフボディ16の内
部空間にカルマン渦に同期したガスの流れが導入されて
起きる内部空間内のガスの密度変化によって超音波が変
調されるように構成してもよい。
In the first and second embodiments, the case where the sensor holder is divided into two parts and three parts is described. However, the present invention is not limited to this. Is also possible. In the above embodiment, the gas flow synchronized with the Karman vortex is introduced from the holes 18 and 19, and the ultrasonic wave is modulated by the flow velocity change occurring in the measurement passage 17 (the internal space of the bluff body 16). However, the present invention is not limited to this.For example, even if the ultrasonic wave is modulated by a gas density change in the internal space caused by introduction of a gas flow synchronized with the Karman vortex into the internal space of the bluff body 16, Good.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1の発明の
超音波渦流量計によれば、超音波送受信器の超音波素子
を載置する略有底円筒状のホルダを円筒部分で2以上の
部材が結合されて形成されるようにしたことより、圧電
素子からホルダの円筒部に伝搬した超音波は、ホルダの
円筒部に形成された結合部の境界面によって反射、減衰
されるので、S/N比が向上して安定したカルマン渦の
検出を行うことができ流量計測精度を高めることができ
る。
As described above in detail, according to the ultrasonic vortex flowmeter of the first aspect of the present invention, the substantially bottomed cylindrical holder on which the ultrasonic element of the ultrasonic transceiver is mounted is formed by the cylindrical portion. Since the two or more members are formed by being combined, the ultrasonic wave propagated from the piezoelectric element to the cylindrical portion of the holder is reflected and attenuated by the boundary surface of the connected portion formed on the cylindrical portion of the holder. Therefore, the S / N ratio is improved, and stable Karman vortex detection can be performed, and the flow rate measurement accuracy can be improved.

【0034】また、請求項2の発明の超音波渦流量計に
よれば、上記請求項1の構成において、ホルダの少なく
とも1つの結合部を振動の節となる位置に設定したこと
により、結合部からの音波が伝搬しにくくなるととも
に、ホルダの結合部分から底部にかけて振動を起こしや
すくなり、計測通路を介した超音波の送受信を効率よく
行うことができる。
According to the ultrasonic vortex flowmeter of the second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, at least one coupling portion of the holder is set at a position serving as a node of vibration. As a result, it becomes difficult for the sound waves to propagate, and it is easy for vibration to occur from the joint portion of the holder to the bottom portion, so that transmission and reception of ultrasonic waves through the measurement passage can be performed efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る超音波渦流量計の
流路を横切る縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view across a flow path of an ultrasonic vortex flowmeter according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の要部の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG.

【図3】本発明の第2実施形態に係る超音波渦流量計の
要部を示す流路を横切る縦断面の拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view of a longitudinal section across a flow path showing a main part of an ultrasonic vortex flowmeter according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施形態に係る超音波渦流量計の
流路を横切る縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic vortex flowmeter according to a second embodiment of the present invention, which crosses the flow path.

【図5】図4のものより小径の流路を有する超音波渦流
量計の流路を横切る縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the ultrasonic vortex flow meter having a smaller diameter channel than that of FIG.

【図6】本発明の一実施形態に係る超音波渦流量計のホ
ルダの各部の寸法及び振動の状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing dimensions and vibration states of respective parts of a holder of the ultrasonic vortex flowmeter according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態に係る超音波流量計のユニ
モルフ型の圧電素子を用いた超音波送受信器の振動の状
態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a state of vibration of an ultrasonic transceiver using a unimorph type piezoelectric element of the ultrasonic flowmeter according to one embodiment of the present invention.

【図8】従来の超音波渦流量計の流路を横切る縦断面図
である。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the conventional ultrasonic vortex flowmeter, which crosses the flow path.

【図9】図8の超音波渦流量計の流路に沿った横断面図
である。
FIG. 9 is a cross-sectional view along a flow path of the ultrasonic vortex flow meter of FIG.

【図10】図8の超音波渦流量計の超音波送信器取付部
の拡大図である。
FIG. 10 is an enlarged view of an ultrasonic transmitter mounting portion of the ultrasonic vortex flowmeter of FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13,36 超音波渦流量計 14 流路 16 ブラフボディ(渦発生体) 17 計測通路(内部空間) 20,37 超音波送信器 21,38 超音波受信器 29 圧電素子(超音波素子) 28,39 センサホルダ(ホルダ) 35,41,42 結合部 13,36 Ultrasonic vortex flowmeter 14 Flow path 16 Bluff body (vortex generator) 17 Measurement passage (internal space) 20,37 Ultrasonic transmitter 21,38 Ultrasonic receiver 29 Piezoelectric element (ultrasonic element) 28, 39 Sensor holder (holder) 35,41,42 Joint

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千 敦朗 大阪市中央区平野町4丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 田代 耕一 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内 (72)発明者 上野 要 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内 (72)発明者 菅田 達夫 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Atsuro Sen, 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka City Inside Osaka Gas Co., Ltd. No. Tokiko Corporation (72) Inventor Kaname Ueno 1-6-3 Fujimi, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Tokiko Corporation (72) Inventor Tatsuo Sugata 1-6-3, Fujimi, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Tokiko Inside the corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定流体が流れる流路と、 該流路内に設けられて下流側にカルマン渦を発生させる
と共に内部空間を有し、当該内部空間に前記カルマン渦
に同期した被測定流体の流れが導入されるための孔が周
壁部に設けられた渦発生体と、 前記渦発生体の内部空間に導入される前記被測定流体の
流れによる変動領域を挟んで配置された一対の超音波送
受信器と、を備えた超音波渦流量計であって、 前記一対の超音波送受信器のうち、少なくとも一方は、
略有底円筒状の形状をなし、その底部に超音波素子が載
置されるホルダを有し、 該ホルダは円筒部分で2以上の部材が接合して形成され
ることを特徴とする超音波渦流量計。
1. A flow path through which a fluid to be measured flows, and a fluid to be measured which is provided in the flow path, generates a Karman vortex on the downstream side and has an internal space, and which is synchronized with the Karman vortex in the internal space. A vortex generator in which a hole for introducing the flow of the fluid is provided in the peripheral wall portion, and a pair of super-conductors arranged with a fluctuation region caused by the flow of the fluid to be measured introduced into the internal space of the vortex generator An ultrasonic vortex flowmeter comprising: an ultrasonic transceiver, at least one of the pair of ultrasonic transceivers,
An ultrasonic wave having a substantially cylindrical shape with a bottom, and having a holder on which an ultrasonic element is placed, the holder being formed by joining two or more members at a cylindrical portion. Vortex flow meter.
【請求項2】 前記ホルダの少なくとも1つの結合部
は、振動の節となる位置に設定されていることを特徴と
する請求項1に記載の超音波渦流量計。
2. The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 1, wherein at least one coupling portion of the holder is set at a position that serves as a node of vibration.
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