JP2000230844A - 超音波式渦流量計 - Google Patents
超音波式渦流量計Info
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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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- ultrasonic
- vortex
- wave
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ある。
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。
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11033227A JP2000230844A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 超音波式渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11033227A JP2000230844A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 超音波式渦流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000230844A true JP2000230844A (ja) | 2000-08-22 |
Family
ID=12380584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11033227A Pending JP2000230844A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 超音波式渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000230844A (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
-
1999
- 1999-02-10 JP JP11033227A patent/JP2000230844A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450247C2 (ru) * | 2005-08-12 | 2012-05-10 | Дэниел Мэжэмэнт энд Кэнтроул, Инк. | Ультразвуковой расходомер, блок преобразователя для него и способ замены блока преобразователя |
| 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 |
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