JP2710399B2 - 流量測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低流速側での渦検出に用いて好適な流量測
定方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の渦流量計は、例えば実開昭54−41663に示され
るように、送信出力位相と受信出力位相との比較をする
ために、受信素子の出力位相と送信素子であるVCO（電
圧制御発振器）の出力位相との位相差を一定の状態とな
るように制御するか、あるいは実開昭54−41665のよう
に、位相比較のため、オシレータの出力位相を移相し、
受信素子の出力位相と合わせる（渦のないとき位相差
零）よう制御している。

そして、このような制御により、渦が発生したことに
より生じ発信素子と受信素子との位相差変化を検知する
とともに、このとき検知した位相差変化を、被測定流体
の流量を示す流量信号として出力するようにしている。
なお、前記発信素子と受信素子との位相差はカルマン渦
の発生数に応じて変化する。

以下、本発明と比較されるべき、超音波を用いた渦流
量計の渦検出回路の具体例を第４図を参照して動作とと
もに説明する。

この渦検出回路では、渦流量計パイプ１内を流体が矢
印の方向に流れるとき、渦発生柱２の後方に図のように
カルマン渦が発生し、このカルマン渦により変調され
た、超音波送信子３の出力信号である超音波が超音波受
信子４により検出される。そして、このとき、前記超音
波送信子３（超音波センサ）を駆動する増幅回路５の入
力信号と、超音波受信子４（超音波センサ）の出力信号
を増幅する増幅回路６の出力信号とは位相比較回路７に
おいて位相比較される。

この位相比較回路７からの出力された位相差信号は、
LPF（低域波器）８を経てVCO（電圧制御発振器）９に
送られ、超音波送信子３と超音波受信子４との位相差が
一定となる（カルマン渦が発生していないときの位相差
が０）となるように制御されている。

一方、前記位相比較回路７において位相比較結果を示
す位相差信号は、BPF（帯域波器）10を経由した後、
その位相差に応じて（つまり、カルマン渦の発生数に応
じて）渦流量計パイプ１内を流れる被測定流体の流量を
示す、流量信号として外部に出力される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来技術は、VCO9を経由して出力され
た超音波発信子３の出力位相と、超音波受信子４の出力
位相との位相差を比較することにより、カルマン渦の有
無、カルマン渦の発生数を検知するようにしているが、
渦流量計パイプ１内を流れる被測定流体の流速自体が遅
い場合に、カルマン渦の発生数も少なくなって、前記位
相差が明瞭とならず、また、このような位相差の小さい
波形を検出するに際しては、高い制御分解能と、高い制
御動作とが必要であった。

つまり、従来の渦流量計回路では、制御分解能の低
さ、応答の遅れなどが原因する制御動作の遅れなどによ
り、正確に位相比較ができないという問題があった。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであっ
て、超音波の送受信間に発生する定在波を利用して、低
流速時の流量計測を容易に行うことができる渦流量計の
提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明では、流体の流
れに直交する位置に設けられた渦発生柱の後方に発生す
るカルマン渦を超音波により検出し、この超音波の波形
から被測定流体の流量を検出するようにした流量測定方
法において、送受信子間で伝達される超音波に生じた定
在波をAM検波して、該定在波上に生じたカルマン渦によ
る位相変調を検出することにより、被測定流体の流量を
演算するようにしている。

〔作用〕

この発明によれば、定在波上に生じたカルマン渦によ
る位相変調を、AM検波回路により大きな信号変化（AM）
として検出するようにしたので、低流速時の微弱な渦の
検出が可能である。

〔実施例〕

以下、第１図〜第３図を参照して、本発明が適用され
る被検出回路の構成を制御動作とともに説明する。な
お、この実施例では、従来に示す渦検出回路と構成を共
通とする部分に同一符号を付して説明を簡略化する。

第１図に示す渦検出回路は、従来の第４図に示す渦検
出回路と同様に、渦流量計パイプ１、渦発生柱２、超音
波送信子３、超音波受信子４を有し、流れの中に発生し
たカルマン渦により位相変調された搬送波である超音波
を直接AM検波し、この搬送波に生じた定在波の波形か
ら、渦流量計パイプ１内を流れる被測定流体の流量を検
出しようとするものである。

具体的には、カルマン渦の発生数により変調された搬
送波としての超音波は、超音波受信子４にて受信された
後、AM検波回路11にて検波されるようになっているが、
このAM検波回路11において検波される受信電圧を示す波
形が、カルマン渦が発生したことが明瞭に表される定在
波を示すように、前記超音波送信子３と超音波受信子４
との間で送受信される超音波の周波数を、定在波が発生
しやすい、換言すると管中共鳴が起こり易いクリティカ
ルな状態に制御する。

つまり、前記定在波は、対向配置した平行平板の送受
信子３・４（このことは後述する）間で、入射波と反射
波とが重なったときに生ずるものであり、この定在波が
発生し易い周波数域に設定されるように、前記超音波送
信子３と超音波受信子４との間で送受信される超音波の
周波数の制御を行う。そして、この場合、前記AM検波回
路11から出力された信号は、ACカップリング回路12を通
り液温などゆるやかな温度変化によるDCノイズ成分をカ
ットした後、LPF8を経てVCO9にフィードバックされ、更
に、VCO9を通して、超音波の周波数をクリティカルな状
態に制御する。

そして、このように周波数制御して得られた超音波
は、前記AM検波回路11においてAM検波されることによ
り、渦により変調された微弱な信号変化のみが定在波の
部分で増幅されて、大きな信号変化として捉えられるこ
とになり、更に、この信号変化は、カップリング回路1
2、BPF10に入力された後、渦流量計パイプ１内を流れる
被測定流体の流量を示す信号として外部に出力されるこ
とになる。

ここで搬送波の位相をクリティカルな状態に制御する
には、第２図に示すように渦流量計パイプ１に設けた超
音波送信子３と超音波受信子４とを、センサケース14・
15先端の振動板部14A・15Aの超音波放射面14B・15Bが平
行平板を為すよう対向配置する必要がある。このような
状態で周波数を検出すると第３図のような波形 が得られる。

なお、受信波形において谷の部分は、定在波が立った
状態（第３図に示す（Ｂ）点）で、超音波の発振周波数
は、この（Ｂ）点から約1/4だけずらした周波数（第３
図に示す（Ａ）点）になるよう設定、制御すればよい。

以上説明したように、本実施例に示す渦流量計によれ
ば、超音波送信子３と超音波受信子４との間に定在波が
起こりそうなクリティカルな状態、即ち管中共鳴が起こ
りつつある状態をつくり、このとき発生した定在波上の
位相変化を、AM検波回路11により、大きな信号変化（A
M）として検出できるため、低流速時の微弱な渦の検出
が可能で、かつAM検波のため回路が簡単になるという効
果がある。

なお、本実施例では、周波数を電気的に制御すること
により定在波を発生させたが、これに限定されずに、超
音波送信子３、超音波受信子４に設けられた超音波放射
面14B・15Bの位置関係を機械的に調整することにより、
また、渦流量パイプ１の肉厚を調整すること等により、
前記定在波を発生させるようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、この発明によれば、定在
波上に生じたカルマン渦による位相変調を、AM検波回路
により大きな振動変化（AM）として検出するようにした
ので、低流速時の微弱な渦の検出が可能で、かつAM検波
のため回路が簡単になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示す図であって、
第１図は本発明が適用される渦検出回路を示すブロック
図、第２図は渦流量計の断面図、第３図は超音波による
定在波が発生したときの送受信電圧波形の一例を示す
図、第４図は従来の渦検出回路を示すブロック図であ
る。 ２……渦発生柱、３……超音波送信子（超音波セン
サ）、４……超音波受信子（超音波センサ）、11……AM
検波回路、

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の流れに直交する位置に設けられた渦
   発生柱後方に発生するカルマン渦を超音波により検出
   し、この超音波の波形から被測定流体の流量を検出する
   ようにした流量測定方法において、 送受信子間で伝達される超音波に生じた定在波をAM検
   波して、該定在波上に生じたカルマン渦による位相変調
   を検出することにより、被測定流体の流量を演算するよ
   うにした流量測定方法。