JP2000230844A - 超音波式渦流量計 - Google Patents

超音波式渦流量計

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JP2000230844A
JP2000230844A JP11033227A JP3322799A JP2000230844A JP 2000230844 A JP2000230844 A JP 2000230844A JP 11033227 A JP11033227 A JP 11033227A JP 3322799 A JP3322799 A JP 3322799A JP 2000230844 A JP2000230844 A JP 2000230844A
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JP
Japan
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ultrasonic
vortex
wave
transmitter
receiver
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JP11033227A
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English (en)
Inventor
Katsuo Misumi
勝夫 三角
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Oval Corp
Original Assignee
Oval Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造により定在波の発生を防止し、セ
ンサリプレーサブルな超音波式渦流量計を提供する。 【解決手段】 流体の流れる管1内に、カルマン渦を発
生させる渦発生体2を設け、カルマン渦の発生領域Aを
間にして対向して超音波送信器3と超音波受信器4を備
え、超音波送信器3から連続波の超音波を照射し、カル
マン渦の発生による超音波の位相変調成分を超音波受信
器4により求めて流体の流量を計測する超音波式渦流量
計において、超音波送信器3と超音波受信器4を、流体
の流れ方向Bに所定距離Dだけずらせて管1の外表面に
配置するという簡単な構成により、対面からの反射波と
の干渉をなくし、定在波の発生を防止したものである。
また、トランスデューサを管の外壁面に設置することが
でき、管内壁面の加工を必要としないのでセンサリプレ
ーサブルな超音波式渦流量計とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を計測
する超音波式渦流量計に関する。カルマン渦の周波数が
流速に比例することを利用した渦流量計は広く利用され
ている。超音波式渦流量計は、流路を形成する管内に設
置された渦発生体により、該渦発生体の下流側の左右に
交互に発生するカルマン渦を超音波を用いて計測するこ
とにより、管内流体の流速または流量を求めるものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の超音波式渦流量計の一例
を示すもので、被測定流体がB方向に流れる管1内に、
カルマン渦を発生させる渦発生体2を流路に直角に挿入
配設し、渦発生体2の所定距離下流側のカルマン渦の発
生領域Aを間にして相対向して超音波送信器3と超音波
受信器4が配置されている。この超音波式渦流量計で
は、管内1を流体がB方向に流れた際に渦発生体2によ
り、流速に比例する周期でカルマン渦が交互に規則的に
発生するが、このカルマン渦発生領域Aに超音波送信器
3から超音波を出射し、カルマン渦発生領域Aを伝播し
た超音波を、超音波受信器4により受信し、カルマン渦
の超音波の伝播方向の速度成分によって位相変調された
超音波信号を復調(または位相検波)して流体の流速、
および流量を求めるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超音波
式渦流量計では、超音波送信器3と超音波受信器4が相
対向して配置されているため超音波送信器3からの超音
波が管内の内壁面に垂直に入射するので、入射波と内壁
面からの反射波が干渉しあって、内部に定在波が発生し
易く、定在波が発生した場合、超音波受信器4に検出さ
れる信号は急変し、正確な位相変化量が計測できなくな
るおそれがあった。また、管内に照射する超音波の周波
数を定在波の発生しない周波数に設定しておいても、被
測定流体の温度が変化すると、流体中の音速が変わり定
在波が発生し、突如とし受信レベルが変わる場合も生じ
る。
【0004】従来、この定在波の影響をなくすために、
連続波の代わりにバースト波の超音波を使用したもの
(特開平9−89614号公報)、超音波送受信器のト
ランスデューサの送受信面の形状を入射波と反射波が干
渉しないように工夫したもの(特許第2685590
号、特開平10−9908号公報)があった。
【0005】しかしながら、バースト波を用いたもの
は、連続波を扱うものに比べて回路構成が複雑である
し、使用する超音波の周波数と発生する渦の最大周波数
の間の関係から、減衰量が大きい高い周波数領域の超音
波を使用しなければならなかった。そして、送受信面の
形状を工夫したものは、送受信面の加工そのものに手間
が掛かり、また、送受信面を直接被測定流体に接触され
る必要があるため、管路内面に加工を施すものは、作業
がきわめて困難であるし、センサ本体の表面を加工した
トランスデューサを使用すれば、管路の外部にトランス
デューサを設置し、流体を流したままトランスデューサ
を交換可能なセンサリプレーサブル構造とすることがで
きなかった。
【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、製造が容易で、簡単な構造により定在波の発生を防
止し、センサリプレーサブルな超音波式渦流量計を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、流体の流れる管内に、カルマン渦を発生
させる渦発生体を設け、前記カルマン渦の発生領域を間
にして超音波送信器と超音波受信器を備え、前記超音波
送信器から連続波の超音波を出射し、前記カルマン渦の
発生領域を通過して伝播してくる超音波を前記超音波受
信器により検出し、カルマン渦による超音波の位相変調
成分を求めて流体の流量を計測する超音波式渦流量計に
おいて、前記超音波送信器と前記超音波受信器を、前記
管の外壁に、管軸方向に所定距離ずらせて、互いに対向
するように傾斜させて配置したものである。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の超音波式渦流量
計の一実施例の概要を示し、図2は、図1における管の
線C−Cに沿って切断した断面図である。図1,図2に
おいて、同じ符号が付された部分は、図3と同じ構成要
素を表し同じ機能を有する。
【0009】図1,図2において、B方向に流体が流れ
る管1内にはカルマン渦を発生させる三角柱状の渦発生
体2が設けられており、渦発生体2の所定距離下流側の
カルマン渦の発生領域Aに流速に比例する周期でカルマ
ン渦が交互に規則的に発生するようになっている。渦発
生体2は、三角柱状の他、円柱状または台形柱状等であ
ってもよい。カルマン渦の発生領域Aを間にして対向さ
せ、かつ流体の流れ方向Bに所定距離Dだけずらされて
超音波送信器3と超音波受信器4が管1の外表面に取り
付け角θで取り付けられている。
【0010】この所定距離Dとは、図2に示すように、
超音波送信器3から出射され管内を進行する超音波ビー
ムが、超音波受信器4が配置された箇所の管内壁面に入
射角θでぶつかり、管内壁面から反射角θで反射される
超音波ビームとが干渉し合わない程度の距離であればよ
い。超音波ビームは、ある広がりをもって進行するの
で、これを考慮すると、前記入射角及び反射角θを、超
音波送信器3から出射される超音波の音圧分布におい
て、正面方向の音圧の半分となる角度いわゆる音圧半減
角より大きく、音圧が0となる角度いわゆる零放射角よ
り小さい角度とすれば、入射波と反射波は干渉を起こさ
ない。したがって、距離Dを、超音波送信器3と超音波
受信器4の取り付け角θが、前記した角度範囲となるよ
うな距離とすれば問題はない。なお、超音波送信器から
出射される超音波の音圧分布の指向性が鋭いものを用い
たときは、所定距離Dは、小さくてよいが、特に被測定
流体がガスの場合、流速により超音波ビームが流され受
信レベルが低くなるし、ブロードなものを用いれば、超
音波ビームが流されても受信レベルはあまり変わらない
が、所定距離Dを大きくとらなければ反射波との干渉を
受けやすい。いずれにしても、超音波送信器から出射さ
れる超音波と、対向管内壁面から反射する超音波とが干
渉を起こさない距離であればよい。また、使用される超
音波の周波数は、前記した超音波の指向性、分解能、被
測定流体の減衰定数、温度等によって決定されるべきで
ある。
【0011】超音波送信器3には、発信回路5が接続さ
れている。また、超音波受信器4には、増幅器6を介し
位相検波回路7が接続されている。また位相検波回路7
の他端には、発信回路5が接続されている。この位相検
波回路7の出力は、ローパスフィルタ8で、超音波周波
数成分を除去し変調された渦周波数のみを通過させ、波
形整形回路9に供給されている。
【0012】上述したように、発信回路5により駆動さ
れて超音波送信器3から出射された周波数および振幅の
一定な連続波の超音波ビームは、管1内のカルマン渦発
生領域A中を伝播した後、超音波受信器4が配置された
箇所の管内壁面に入射角θでぶつかり、超音波受信器4
を駆動するとともに、反射角θで反射され、次々に管内
壁面で多重反射され超音波送信器3から遠ざかってい
く。このとき、渦発生体2により生じたカルマン渦の超
音波の伝播方向の速度成分によって超音波信号は、正負
に位相変調される。
【0013】いま、超音波受信器4の出力信号波の位相
をФ2 、該出力信号波の平均位相をФ′2、カルマン渦
によって生じた位相変化分を±ΔФとすると、超音波受
信器4受信された信号の位相は、Ф2=Ф′2±ΔФであ
り、これが増幅器6で増幅され、位相検波回路7に入力
される。位相検波回路7では、他方入力に入力される発
信器5の信号の位相Ф1と、上記超音波受信器4の出力
信号の位相Ф2と比較され、その位相差Ф1−Ф2に応じ
た信号波が出力され、ローパスフィルタ8を介して、波
形整形回路9に入力され、パルス波形に波形整形され、
カルマン渦による変調成分が検出される。
【0014】このように、超音波送信器3と超音波受信
器4が被測定流体が流れる管の軸方向に、超音波送信器
3から出射される超音波が、超音波受信器4の配置され
た管内壁面に至りその壁面から反射される反射波と干渉
を起こさないような距離離隔して配置されているので、
管内のカルマン渦発生領域では定在波が発生しない。し
たがって、定在波の影響を受けることなくカルマン渦が
検出でき、正確な流速および流量が測定できる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、流体の流れる管内に、
カルマン渦を発生させる渦発生体を設け、前記カルマン
渦の発生領域を間にして超音波送信器と超音波受信器を
備え、前記超音波送信器から連続波の超音波を出射し、
前記カルマン渦の発生領域を通過して伝播してくる超音
波を前記超音波受信器により検出し、カルマン渦による
超音波の位相変調成分を求めて流体の流量を計測する超
音波式渦流量計において、前記超音波送信器と前記超音
波受信器を、前記管の外壁に、管軸方向に所定距離ずら
せて、互いに対向するように傾斜させて配置するという
簡単な構成により、管内壁面への入射波と、それからの
反射波との干渉をなくし、定在波の発生を防止すること
ができ、また、トランスデューサを管の外壁面に設置す
ることができるので、管内壁面の加工をすることなしに
センサリプレーサブルな超音波式渦流量計とすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の超音波式渦流量計を模式
的に示す図である。
【図2】 図1の超音波式渦流量計部分の線C−Cに沿
った断面図である。
【図3】 従来例の超音波式渦流量計の概要を示す図で
ある。
【符号の説明】
1…管、2…渦発生体、3…超音波送信器、4…超音波
受信器、5…発信回路、6…増幅器、7…位相検波回
路、8…ローパスフィルタ、9…波形整形回路、A…カ
ルマン渦発生領域、B…流体の流動方向、D…超音波送
信機と超音波受信器間の管軸方向距離。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体の流れる管内に、カルマン渦を発生
    させる渦発生体を設け、前記カルマン渦の発生領域を間
    にして超音波送信器と超音波受信器を備え、前記超音波
    送信器から連続波の超音波を出射し、前記カルマン渦の
    発生領域を通過して伝播してくる超音波を前記超音波受
    信器により検出し、カルマン渦による超音波の位相の変
    化を求めて流体の流量を計測する超音波式渦流量計にお
    いて、前記超音波送信器と前記超音波受信器を、前記管
    の外壁に、管軸方向に所定距離ずらせて、互いに対向す
    るように傾斜させて配置したことを特徴とする超音波式
    渦流量計。
JP11033227A 1999-02-10 1999-02-10 超音波式渦流量計 Pending JP2000230844A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011029261A1 (zh) * 2009-09-09 2011-03-17 南京西奥仪表测控有限公司 智控涡轮流量计
RU2450247C2 (ru) * 2005-08-12 2012-05-10 Дэниел Мэжэмэнт энд Кэнтроул, Инк. Ультразвуковой расходомер, блок преобразователя для него и способ замены блока преобразователя

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