JP2632041B2 - 流速計 - Google Patents
流速計Info
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- JP2632041B2 JP2632041B2 JP17117689A JP17117689A JP2632041B2 JP 2632041 B2 JP2632041 B2 JP 2632041B2 JP 17117689 A JP17117689 A JP 17117689A JP 17117689 A JP17117689 A JP 17117689A JP 2632041 B2 JP2632041 B2 JP 2632041B2
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- Japan
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- fluid
- signal
- ultrasonic
- bubbles
- pipeline
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は例えば管路内を流れる流体の流速を測定す
る流速計、特に流体内に発生した超音波を検出すること
によって流速を測定するものに関する。
る流速計、特に流体内に発生した超音波を検出すること
によって流速を測定するものに関する。
［従来の技術］ 管路内流体の流速測定については、「流量計測ハンド
ブック」（昭和54年７月）日刊工業新聞社264頁「その
他の流量測定法」に開示されている。これによると、管
路内を流れる液体は渦や乱れにより液体に剪断作用が働
き流体内に広い周波数帯域の超音波が発生し、この超音
波を管路の外周面に装着された検出器を用いて検出する
と、その信号から流速測定が行えることが記述されてい
る。
ブック」（昭和54年７月）日刊工業新聞社264頁「その
他の流量測定法」に開示されている。これによると、管
路内を流れる液体は渦や乱れにより液体に剪断作用が働
き流体内に広い周波数帯域の超音波が発生し、この超音
波を管路の外周面に装着された検出器を用いて検出する
と、その信号から流速測定が行えることが記述されてい
る。
［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の流速計では、管路内液体の剪断作
用によって発生する超音波のレベルが相対的に低いの
で、検出器による受信信号レベルが小さく十分な信号対
雑音比が得られない。また、これら信号に基づく流速測
定は管路内流体の流れの有無の識別には利用できるが、
流速計として所定の直線性、安定性及び再現性がないの
で、流速測定には実際に利用できないという問題点があ
った。
用によって発生する超音波のレベルが相対的に低いの
で、検出器による受信信号レベルが小さく十分な信号対
雑音比が得られない。また、これら信号に基づく流速測
定は管路内流体の流れの有無の識別には利用できるが、
流速計として所定の直線性、安定性及び再現性がないの
で、流速測定には実際に利用できないという問題点があ
った。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされた
ものであり、流体内に気泡を混入させてその気泡のつぶ
れにより発生する超音波を検出することにより、信号対
雑音比の大きな信号にて直線性、安定性及び再現性の優
れた流速測定ができる流速計を得ることを目的とする。
ものであり、流体内に気泡を混入させてその気泡のつぶ
れにより発生する超音波を検出することにより、信号対
雑音比の大きな信号にて直線性、安定性及び再現性の優
れた流速測定ができる流速計を得ることを目的とする。
「課題を解決するための手段」 この発明に係る流速計は、管路内流体へ給気して流体
内へ気泡を発生させる気泡発生器と、気泡が混入された
流体内に配設され、流体の流れに対して不連続面を有す
る障害物と、障害物の下流側の外周面に装着され、主と
して流体内気泡のつぶれにより発生された超音波に感応
する超音波検出器と、超音波検出器の受信信号から予め
設定された時間窓にて時間領域かつ制限された信号を出
力する信号変換器と、信号変換器からの所定周波数帯域
内の複数の超音波信号搬送周波数の平均値を算出し、流
体の速度を求める信号分析回路とを有するものである。
内へ気泡を発生させる気泡発生器と、気泡が混入された
流体内に配設され、流体の流れに対して不連続面を有す
る障害物と、障害物の下流側の外周面に装着され、主と
して流体内気泡のつぶれにより発生された超音波に感応
する超音波検出器と、超音波検出器の受信信号から予め
設定された時間窓にて時間領域かつ制限された信号を出
力する信号変換器と、信号変換器からの所定周波数帯域
内の複数の超音波信号搬送周波数の平均値を算出し、流
体の速度を求める信号分析回路とを有するものである。
［作 用］ この発明においては、気泡が混入された流体内へ障害
物を配設したので、多数の気泡が障害物と衝突してつぶ
れ、或いは再結合することなどによって流体内にレベル
の高い超音波が発生する。管路外周面に取付けられた超
音波検出器は流体内超音波レベルに比例した電気信号を
出力し、信号変換器及び信号分析回路によって流体内超
音波の搬送周波数の平均値が求められる。
物を配設したので、多数の気泡が障害物と衝突してつぶ
れ、或いは再結合することなどによって流体内にレベル
の高い超音波が発生する。管路外周面に取付けられた超
音波検出器は流体内超音波レベルに比例した電気信号を
出力し、信号変換器及び信号分析回路によって流体内超
音波の搬送周波数の平均値が求められる。
流体内の気泡のつぶれにより発生する超音波信号の搬
送周波数は流速に対応して変化するので、その周波数の
平均値を求めることにより、流速の測定ができる。
送周波数は流速に対応して変化するので、その周波数の
平均値を求めることにより、流速の測定ができる。
流体内に人工的に気泡を混入して、且つ周囲環境によ
る妨害の影響を回避しているので、信号対雑音比の大き
い受信信号が得られ、直線性、安定性及び再現性の優れ
た測定ができ、測定精度が向上できる。
る妨害の影響を回避しているので、信号対雑音比の大き
い受信信号が得られ、直線性、安定性及び再現性の優れ
た測定ができ、測定精度が向上できる。
［実施例］ この発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明
する。
する。
第１図はこの発明の一実施例に係る流量計の構成図で
あり、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。図におい
て、１は流体が流れる管路、２は気泡を発生させ流体内
へ気泡を混入させる気泡発生器である。３はエアコンプ
レッサなどを用いて空気圧力を発生する圧力源、４は空
気圧力のレベルを調整する圧力調整弁、５は開閉弁、６
は管路１内壁面に設けられた泡出し器であり、これらは
気泡発生器２を構成している。７は気泡発生器２の下流
側の流体内に設けられた障害物、８は障害物７を管路１
内所定位置へ配置させる保持棒である。９は流体内に発
生した超音波を検出する超音波検出器であり、障害物７
より下流側の管路１の外周面に装着されている。
あり、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。図におい
て、１は流体が流れる管路、２は気泡を発生させ流体内
へ気泡を混入させる気泡発生器である。３はエアコンプ
レッサなどを用いて空気圧力を発生する圧力源、４は空
気圧力のレベルを調整する圧力調整弁、５は開閉弁、６
は管路１内壁面に設けられた泡出し器であり、これらは
気泡発生器２を構成している。７は気泡発生器２の下流
側の流体内に設けられた障害物、８は障害物７を管路１
内所定位置へ配置させる保持棒である。９は流体内に発
生した超音波を検出する超音波検出器であり、障害物７
より下流側の管路１の外周面に装着されている。
12は超音波検出器９の検出信号に基づいて流速を測定
する計測回路である。13は増幅器、14は超音波検出器９
からの受信信号の周波数帯域を制限するフィルタ、15は
受信信号のクランプレベルを決めるしきい値設定器、16
はしきい値設定器15による設定レベル以下の受信信号を
カットする比較器、17は比較器16からの信号を時間軸に
沿った窓を設けて時間領域を制限した信号を出力する信
号変換器、18は所定周波数帯域の信号を選択する信号選
択器、19は所定周期にて超音波信号搬送周波数の平均値
を算出する信号分析回路、20は流体速度を表示する指示
器であり、これらは計測回路を構成している。
する計測回路である。13は増幅器、14は超音波検出器９
からの受信信号の周波数帯域を制限するフィルタ、15は
受信信号のクランプレベルを決めるしきい値設定器、16
はしきい値設定器15による設定レベル以下の受信信号を
カットする比較器、17は比較器16からの信号を時間軸に
沿った窓を設けて時間領域を制限した信号を出力する信
号変換器、18は所定周波数帯域の信号を選択する信号選
択器、19は所定周期にて超音波信号搬送周波数の平均値
を算出する信号分析回路、20は流体速度を表示する指示
器であり、これらは計測回路を構成している。
上記のように構成された流速計においては、矢示の方
向に流れる管路１内流体には気泡発生器２出力が係合さ
れる。気泡発生器２はエアコンプレッサなどが用いられ
た圧力源３からの加圧された空気を、圧力調整弁４や開
閉弁５を経由して、管路１内壁面に設けられ、表面に多
数の貫通孔を有する泡出し器６へ供給し、発生した多数
の気泡を流体内へ混入する。
向に流れる管路１内流体には気泡発生器２出力が係合さ
れる。気泡発生器２はエアコンプレッサなどが用いられ
た圧力源３からの加圧された空気を、圧力調整弁４や開
閉弁５を経由して、管路１内壁面に設けられ、表面に多
数の貫通孔を有する泡出し器６へ供給し、発生した多数
の気泡を流体内へ混入する。
流体に混入された気泡は、管路１内のほぼ中央位置へ
保持棒８にて固定され、流れに対して不連続面を有する
障害物７に衝突して、主として気泡がつぶれる際に流体
内に広い周波数帯域の超音波が発生する。第３図はその
障害物の例を示す外形図であり、（ａ）は円錐形、
（ｂ）は円柱形の障害物の例をそれぞれ示している。
保持棒８にて固定され、流れに対して不連続面を有する
障害物７に衝突して、主として気泡がつぶれる際に流体
内に広い周波数帯域の超音波が発生する。第３図はその
障害物の例を示す外形図であり、（ａ）は円錐形、
（ｂ）は円柱形の障害物の例をそれぞれ示している。
気泡が障害物７に衝突すると流体内の音源となり、こ
の結果発生した超音波の信号周波数は流体の流速に比例
する。流体内に発生した超音波は流体及び管路１を伝搬
し、障害物７が内設された管路１の下流側外周面に装着
された超音波検出器９により受波され、超音波検出器９
からは広い周波数帯域の電気信号が出力される。
の結果発生した超音波の信号周波数は流体の流速に比例
する。流体内に発生した超音波は流体及び管路１を伝搬
し、障害物７が内設された管路１の下流側外周面に装着
された超音波検出器９により受波され、超音波検出器９
からは広い周波数帯域の電気信号が出力される。
この場合、超音波検出器９に例えば２個の圧電振動子
を重合させその粗加出力を得るバイモルフ構造を用いる
と、広い周波数帯域に互り感度の高い検出が行える。更
に、管路１への超音波検出器９の取付面を平坦にし、且
つ音響遮断材などよりなる容器内に収納して、外部雑音
を抑制すれば、管路１内の低レベルの超音波が受信でき
る。
を重合させその粗加出力を得るバイモルフ構造を用いる
と、広い周波数帯域に互り感度の高い検出が行える。更
に、管路１への超音波検出器９の取付面を平坦にし、且
つ音響遮断材などよりなる容器内に収納して、外部雑音
を抑制すれば、管路１内の低レベルの超音波が受信でき
る。
第４図は超音波検出器受信波形の一例を示したタイム
チャートであり、気泡のつぶれにより発生する超音波は
パルス状をなしており、流体内へ気泡を混入しない時と
くらべて気泡の量が増加するので、気泡のつぶれによる
超音波が加わるためそのレベルが高くなる。
チャートであり、気泡のつぶれにより発生する超音波は
パルス状をなしており、流体内へ気泡を混入しない時と
くらべて気泡の量が増加するので、気泡のつぶれによる
超音波が加わるためそのレベルが高くなる。
超音波検出器９の出力は計測回路12へ加えられて、周
波数帯域の広い受信信号は高利得の増幅器13にて増幅さ
れた後、フィルタ14により、電気雑音や低周波振動など
の可聴周波数帯域の妨害を避けた高い周波数帯域の受信
信号に制限される。例えば通過帯域が10〜50Hzの帯域制
限のフィルタ14を経て比較器16へ加えられる。
波数帯域の広い受信信号は高利得の増幅器13にて増幅さ
れた後、フィルタ14により、電気雑音や低周波振動など
の可聴周波数帯域の妨害を避けた高い周波数帯域の受信
信号に制限される。例えば通過帯域が10〜50Hzの帯域制
限のフィルタ14を経て比較器16へ加えられる。
比較器16には別にしきい値設定器15からスレシホール
ドレベル信号が加えられ、しきい値以下のレベルの微弱
信号や雑音が除去される。比較器16において一定のスレ
シホールドレベル以上の選択された受信信号は、更に、
信号変換器17にて時間軸に沿って設けられた時間窓によ
り、その信号波形は時間領域が制限を受ける。
ドレベル信号が加えられ、しきい値以下のレベルの微弱
信号や雑音が除去される。比較器16において一定のスレ
シホールドレベル以上の選択された受信信号は、更に、
信号変換器17にて時間軸に沿って設けられた時間窓によ
り、その信号波形は時間領域が制限を受ける。
信号レベルならびに時間窓の制限を受けた信号の周波
数スペクトラムは、その搬送周波数が所定の周波数帯域
例えば10KHz〜100KHzの帯域内の信号のみが信号選択器1
8にて選択される。上記結果により、超音波信号はその
パルス幅と周期が高精度にて弁別される。弁別された搬
送周波数が僅かに異なる複数の超音波信号は信号分析回
路19へ加えられ、所定時間内の搬送周波数の平均値を算
出することにより、超音波信号の平均周波数の正確な値
が得られる。即ち、超音波信号の周波数が分析され、当
該信号周波数は管路１内を流れる流体の流速に対応して
変わる。
数スペクトラムは、その搬送周波数が所定の周波数帯域
例えば10KHz〜100KHzの帯域内の信号のみが信号選択器1
8にて選択される。上記結果により、超音波信号はその
パルス幅と周期が高精度にて弁別される。弁別された搬
送周波数が僅かに異なる複数の超音波信号は信号分析回
路19へ加えられ、所定時間内の搬送周波数の平均値を算
出することにより、超音波信号の平均周波数の正確な値
が得られる。即ち、超音波信号の周波数が分析され、当
該信号周波数は管路１内を流れる流体の流速に対応して
変わる。
しきい値レベルを所定の値にすることにより、流速に
対する受信信号の搬送周波数は直線状に対応し、比例関
係をなす周波数変化範囲は400Hz以上であり、この周波
数変化を利用して十分な精度で流速測定ができる。そし
て、測定された流速は指示器20に指示される。
対する受信信号の搬送周波数は直線状に対応し、比例関
係をなす周波数変化範囲は400Hz以上であり、この周波
数変化を利用して十分な精度で流速測定ができる。そし
て、測定された流速は指示器20に指示される。
上記のとおり管路１内を流れる測定流体内における気
泡のつぶれなどが音源となり流体内に超音波が発生する
が、これら超音波の周波数は測定流体の流速に応じて変
化し、流体内の超音波は管路１の外周面に取付けられた
超音波検出器９を用いて検出されるので機器構成が簡易
化される。また、気泡を混入し管路１内障害物７との衝
突により十分なレベルの超音波が発生し信号周波数が正
しく得られるので、再現性の高い安定した測定ができ
る。
泡のつぶれなどが音源となり流体内に超音波が発生する
が、これら超音波の周波数は測定流体の流速に応じて変
化し、流体内の超音波は管路１の外周面に取付けられた
超音波検出器９を用いて検出されるので機器構成が簡易
化される。また、気泡を混入し管路１内障害物７との衝
突により十分なレベルの超音波が発生し信号周波数が正
しく得られるので、再現性の高い安定した測定ができ
る。
更に、超音波検出器９は管路１の外周面に取り付けら
れるので、液体内混入物の付着などがなく検出器感度の
劣化が回避され、長期間安定した性能が得られる。
れるので、液体内混入物の付着などがなく検出器感度の
劣化が回避され、長期間安定した性能が得られる。
［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、流体内に多重の気泡
を混入させ、更にその気泡を障害物に衝突させて流体内
に高いレベルの超音波を発生させ、その超音波の周波数
を測定することで流体の速度を計測するようにしたの
で、受信信号の信号対雑音比が改善され、計測における
直線性、安定性及び再現性が向上できる。また、超音波
検出器からの受信信号は電気雑音や低周波振動などの可
聴周波数帯域の妨害から回避でき、高い周波数帯域にて
安定した計測が行える。
を混入させ、更にその気泡を障害物に衝突させて流体内
に高いレベルの超音波を発生させ、その超音波の周波数
を測定することで流体の速度を計測するようにしたの
で、受信信号の信号対雑音比が改善され、計測における
直線性、安定性及び再現性が向上できる。また、超音波
検出器からの受信信号は電気雑音や低周波振動などの可
聴周波数帯域の妨害から回避でき、高い周波数帯域にて
安定した計測が行える。
更に、管路内超音波を受波するのみであるため電気測
定系が簡易化でき、また、超音波検出器は流体内混入物
の付着による影響を受けないので、検出器感度の劣化が
なく長期間安定した性能が得られ、保守点検が容易に行
えるという効果がある。
定系が簡易化でき、また、超音波検出器は流体内混入物
の付着による影響を受けないので、検出器感度の劣化が
なく長期間安定した性能が得られ、保守点検が容易に行
えるという効果がある。
第１図はこの発明の一実施例に係る流量計の構成図、第
２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図（ａ）（ｂ）は障
害物の例を示す外形図、第４図は超音波検出器受信波形
の一例を示すタイムチャートである。 図において、１は管路、２は気泡発生器、３は圧力源、
４は圧力調整弁、５は開閉弁、６は泡出し器、７は障害
物、８は保持棒、９は超音波検出器、12は計測回路、13
は増幅器、14はフィルタ、15はしきい値設定器、16は比
較器、17は信号変換器、18は信号選択器、19は信号分析
回路、20は指示器である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図（ａ）（ｂ）は障
害物の例を示す外形図、第４図は超音波検出器受信波形
の一例を示すタイムチャートである。 図において、１は管路、２は気泡発生器、３は圧力源、
４は圧力調整弁、５は開閉弁、６は泡出し器、７は障害
物、８は保持棒、９は超音波検出器、12は計測回路、13
は増幅器、14はフィルタ、15はしきい値設定器、16は比
較器、17は信号変換器、18は信号選択器、19は信号分析
回路、20は指示器である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 翼 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (72)発明者 金子 龍司 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社東京計器内 (56)参考文献 特開 昭62−231175（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−138417（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】管路内を流れる流体へ給気して流体内に気
泡を発生させる気泡発生器と、 気泡が混入された流体内に配設され、流体の流れに対し
て不連続面を有する障害物と、 前記障害物の下流側の管路外周面に装着され、主として
流体内気泡のつぶれにより発生する超音波に感応する超
音波検出器と、 前記超音波検出器の受信信号から予め設定された時間窓
にて時間領域が制限された信号を出力する信号変換器
と、 前記信号変換器からの所定周波数帯域内の複数の超音波
信号の搬送周波数の平均値を算出し、流体の速度を求め
る信号分析回路と を有することを特徴とする流速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17117689A JP2632041B2 (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 流速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17117689A JP2632041B2 (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 流速計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0337523A JPH0337523A (ja) | 1991-02-18 |
| JP2632041B2 true JP2632041B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=15918410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17117689A Expired - Lifetime JP2632041B2 (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 流速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2632041B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013130485A (ja) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Metawater Co Ltd | 流速測定方法および流速測定システム |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4282382B2 (ja) * | 2003-06-23 | 2009-06-17 | トキコテクノ株式会社 | 燃料供給装置 |
| JP5798027B2 (ja) * | 2011-12-21 | 2015-10-21 | メタウォーター株式会社 | 水位測定方法および水位測定システム |
| CH710695B1 (it) | 2015-02-03 | 2022-11-30 | Brianza Stefano | Dispositivo per fissazione variabile di frammenti ossei. |
-
1989
- 1989-07-04 JP JP17117689A patent/JP2632041B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013130485A (ja) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Metawater Co Ltd | 流速測定方法および流速測定システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0337523A (ja) | 1991-02-18 |
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