JP2920708B2 - 液体の流れの計測方法 - Google Patents

液体の流れの計測方法

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JP2920708B2 JP21732791A JP21732791A JP2920708B2 JP 2920708 B2 JP2920708 B2 JP 2920708B2 JP 21732791 A JP21732791 A JP 21732791A JP 21732791 A JP21732791 A JP 21732791A JP 2920708 B2 JP2920708 B2 JP 2920708B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体の流れの計測方法
に関する。なお、ここでいう「液体の流れの計測」と
は、液体の流速の計測のみならず、液体流分布の可視化
による計測をも意味するものである。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】レーザー
計測装置を用いた液体流速計測をはじめとする光計測装
置を用いた液体の流れの計測に使用するシーディング粒
子としては、SiO、TiO、SiC等の多孔質粒
子あるいはポリスチレンラテックスなどの有機高分子よ
りなる粒子(平均粒子径0.5〜150μm程度)が用
いられていた。レーザー計測装置を用いた液体流速の計
測方法の例としては、レーザードップラー流速計、フェ
ーズドップラー流速計などを用いた方法が挙げられる。
この場合は、平均粒子径0.5〜10μm程度の粒子が
用いられていた。
【0003】また、その他の液体の流れの計測方法の例
としては、フラッシュランプやパルスレーザーなどの瞬
間的かつ強力な光源を用いて、シーディング粒子の分布
を写真撮影することにより液体の流れを計測する方法が
挙げられる。この場合には、平均粒子径5〜150μm
程度の粒子が用いられていた。
【0004】また、多孔質粒子としては、共沈法により
製造したもの、天然物を利用したものなどが挙げられ
る。
【0005】また、発明者らは、先に逆ミセル法を用い
て得た多孔質セラミックス均一球状粒子(図1、2参
照)を用いることを提案している。
【0006】従来より使用されている代表的なシーディ
ング粒子の電子顕微鏡写真を、図3〜図14に示す。
(図3、4はホワイトカーボン、図5、6はTiO
図7、8はタルク、図9、10はTiO+タルク、図
11、12は関東ロームから採取したもの、図13、1
4は白色溶融アルミナの写真である。)しかし、このよ
うなシーディング粒子は、写真にも明瞭に現れているよ
うに、下記1〜2のような欠点があり、液体の流れ計測
誤差を大きくしていた。
【0007】1)シーディング粒子の形状が不定型であ
るため、光検出器によって検出されるべき光の散乱断面
積は、光検出時における粒子の向きによって異なる。 2)粒子の粒径分布が広く、光の散乱断面積が粒子毎で
異なり、比較的大きい粒子が2つ以上の光の干渉ジマに
おいて同時に光を散乱する。
【0008】一方、ポリスチレンラテックスなどの有機
高分子の球状粒子を用いた場合には、前述のような欠点
がないかわりに、水との屈折率の差が少なく光の反射率
が小さいため、得られる信号強度が低いという欠点があ
った。この欠点は、光源と光検出器が同方向にある後方
散乱型の光測定装置において特に著しい。また、この欠
点はレーザー光の吸光度の大きな液体に適用する場合
や、液体の表面から測定場所迄の距離が大きい場合に著
しい。
【0009】また、発明者らが先に提案した多孔質セラ
ミックス均一球状粒子を用いた場合にあっては、これら
の欠点は一応解決されるが、光の反射率そのものは40
%程度にとどまっていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで、上記の問題を解
決するために、次のような手段を講じた。
【0011】すなわち、本発明の液体の流れの計測方法
は、シーディング粒子を用いた光計測装置による液体の
流れの計測方法において、前記シーディング粒子が、セ
ラミックス多孔質粒子上に金属をコーティングしてなる
直径0.5〜150μmの球状粒子であることを特徴と
する方法である。
【0012】前記計測方法のうち、レーザードップラー
流速計などのレーザー計測装置を用いた液体流速の計測
方法にあっては、直径0.5〜10μmの球状粒子を用
いることが好適である。その中でも、直径1.5〜2.
5μmの球状粒子を用いることがさらに好適である。
【0013】また、写真撮影を用いた液体の流れの計測
方法にあっては、直径5〜150mμmの球状粒子を用
いることが好適である。その中でも、直径30〜100
μmの球状粒子を用いることがさらに好適である。
【0014】前記シーディング粒子が、容積0.1cm
/g以上のクローズドポアを有するセラミックス多孔
質粒子上に金属をコーティングした球状粒子であること
が好適である。
【0015】前記シーディング粒子のセラミックス部分
がSiOよりなることが好適である。
【0016】70%以上の前記シーディング粒子の粒子
径が、平均粒子径±50%の範囲内であることが好適で
ある。
【0017】前記シーディング粒子のセラミックス部分
は逆ミセル法により製造されることが好適である。
【0018】この場合、シーディング粒子のセラミック
ス部分の原料を含有する水溶液を孔径のほぼ均一な多孔
質ガラス膜あるいは孔径のほぼ均一な細孔を有する高分
子膜から有機溶媒に押出して径のそろった逆ミセルを形
成することにより、前記シーディング粒子のセラミック
ス部分を製造することがさらに好ましい。一例として、
SiO粒子を製造する場合には、前記セラミックス部
分の原料として珪酸ナトリウムなどが用いられる。
【0019】金属をコーティングする方法としては、無
電解メッキ法、電解メッキ法、CVD法、蒸着法などの
方法が挙げられるが、容易に均一な膜を形成することが
できるという点で、無電解メッキ法を使用することが好
適である。
【0020】コーティングする金属素材としては、N
i、Pt、Co、Crなどが挙げられるが、前記無電解
メッキ法で容易に質の高いコーティング膜が得られ、ま
た得られた膜が比較的化学的に安定であるという点で、
前記金属素材はNiであることが好適である。
【0021】得られる金属のコーティング膜の膜厚には
特に限定はないが、0.05〜5μmであることが好ま
しい。0.05μm未満であると反射率を向上させると
いう効果が得られにくくなり、5μmを超えると粒子全
体に占める金属の割合が大きくなり過ぎ、カサ比重が大
きくなるという問題が生じる。
【0022】
【作用】光計測装置を用いた液体の流れの計測に使用さ
れるシーディング粒子が球状であれば、光検出器によっ
て検出されるべき光の散乱断面積は、光検出時における
粒子の向きに関係なく一定となる。また、表面に引っ掛
かりを生じるような凹凸が存在しないため、2つ以上の
シーディング粒子が凝集しながら流体中を流れるような
ことはない。これらにより、液体の流れの計測精度を向
上させることができる。
【0023】また、金属をコーティングしたセラミック
ス多孔質球状粒子を用いれば、金属コーティングしない
粒子を用いる方法に比べて検出すべき反射光が強いた
め、結果的に計測精度をさらに向上させることができ
る。しかし、密度が大きく、価格が高いという欠点も有
しているために、測定条件に応じて使い分けることが望
ましい。
【0024】シーディング粒子が、容積0.1cm
g以上のクローズドポアを有していれば、見掛け比重が
小さくなり、液体の流れに追従しやすくなる。これによ
り、液体の流れの計測精度をより一層向上させることが
できる。
【0025】前記シーディング粒子におけるセラミック
ス部分の素材としては、特に限定はなく、炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩;珪酸
カルシウム、珪酸マグネシウム、酸化銅などのアルカリ
土類金属珪酸塩;SiO、酸化鉄、アルミナ等の金属
酸化物などが挙げられる。これらのうち、SiOが安
価で、かつ耐熱性に優れている点から好ましい。耐熱性
に優れていれば、高温流体中でも破壊されることなく充
分使用し得る。
【0026】シーディング粒子の粒径分布は狭いほど望
ましいが、70%以上の前記シーディング粒子の粒子径
が、平均粒子径±50%の範囲内であれば、ほぼ均一な
光の散乱断面積を得ることができる。また、液体中にお
けるシーディング粒子の挙動、言い換えれば、液体の流
れに対する追従のしやすさがほぼ一定となる。また、サ
ンプルデータレートが増加しても、平均有効データ率が
低下しない。すなわち、例えばレーザードップラー流速
計を用いた液体流速の計測方法において、従来では、単
位時間当りのデータ数(サンプルデータレート)を増や
すためにシーディング粒子の供給量を増加させても、平
均有効データ率が低下してしまい、サンプルデータレー
トは余り増加しない。しかし、本発明の方法を用いる
と、従来よりも大きな粒子濃度まで平均有効データ率が
低下しないため、サンプルデータレートを容易に増加さ
せることができる。
【0027】前記シーディング粒子におけるセラミック
ス部分を製造する際、逆ミセル法を採用すれば、球状
の、あるいは球状でクローズドポアを有する多孔質なセ
ラミックス部分を安価に、しかも容易に製造することが
できる。
【0028】また、逆ミセルを作る際、反応物質の水溶
液を孔径のほぼ均一な多孔質ガラス膜あるいは孔径のほ
ぼ均一な細孔を有する高分子膜から有機溶媒に押し出す
方法を用いた場合には、粒子径が揃った、言い換えれば
粒径分布の狭いセラミックス部分を得ることができ、本
発明に使用し得るシーディング粒子用としてさらに望ま
しい。
【0029】
【発明の効果】本発明により液体の流れの計測精度が著
しく向上した。
【0030】
【実施例】本発明をより一層明らかにするために、以下
に実施例を挙げる。
【0031】比較例1 70%の粒子が2.5±0.7μmの範囲にある球状S
iO粒子(図1〜2参照)、及びレーザードップラー
流速計を用いて、円管内を乱流条件で流れている水の速
度の計測実験を行った。実験条件は下記の通り。
【0032】1.測定装置 ファイバータイプレーザ
ードップラー流速計 (仕様)レーザー:He−Neレーザー レーザーパワ
ー8mW×2 レンズ径:55mm 2.測定条件 測定中心周波数:20MHz バンド幅:±16MHz 有効サンプル数:5,000 シグナルゲイン:24dB フォトマル電圧:760V その結果を表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】比較例2 従来から用いられていた平均粒径2μmのTiO粉末
(図5、6参照)を用いて、実施例1と同一の条件で計
測実験を行った。その結果を表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】比較例3 従来から用いられていた、平均粒径3μmのSiC粉末
を用いて、実施例1と同一の条件で計測実験を行った。
その結果を表3に示す。
【0037】
【表3】
【0038】実施例1 比較例1で使用した粒子に無電解メッキ法を用いること
により膜厚約0.05μmのNiメッキを施したシーデ
ィング粒子、を用いて、比較例1と同一の条件で計測実
験を行った。その結果を表4に示す。
【0039】
【表4】
【0040】表1〜4を比べてみると実施例1は、比較
例1〜3に比べて有効データ率が高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】比較例1で使用した球状粒子の電子顕微鏡写真
である(倍率2,000倍)。
【図2】比較例1で使用した球状粒子の電子顕微鏡写真
である(倍率10,000倍)。
【図3】従来より使用されていた粒子(ホワイトカーボ
ン)の電子顕微鏡写真である(倍率10,000倍)。
【図4】従来より使用されていた粒子(ホワイトカーボ
ン)の電子顕微鏡写真である(倍率50,000倍)。
【図5】比較例2で使用した粒子(TiO)の電子顕
微鏡写真である(倍率10,000倍)。
【図6】比較例2で使用した粒子(TiO)の電子顕
微鏡写真である(倍率50,000倍)。
【図7】従来より使用されていた粒子(タルク)の電子
顕微鏡写真である(倍率1,000倍)。
【図8】従来より使用されていた粒子(タルク)の電子
顕微鏡写真である(倍率10,000倍)。
【図9】従来より使用されていた粒子(TiO+タル
ク)の電子顕微鏡写真である(倍率10,000倍)。
【図10】従来より使用されていた粒子(TiO+タ
ルク)の電子顕微鏡写真である(倍率50,000
倍)。
【図11】従来より使用されていた粒子(関東ロームか
ら採取したもの)の電子顕微鏡写真である(倍率10,
000倍)。
【図12】従来より使用されていた粒子(関東ロームか
ら採取したもの)の電子顕微鏡写真である(倍率50,
000倍)。
【図13】従来より使用されていた粒子(白色溶融アル
ミナ)の電子顕微鏡写真である(倍率2,000倍)。
【図14】従来より使用されていた粒子(白色溶融アル
ミナ)の電子顕微鏡写真である(倍率10,000
倍)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 光 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 鈴木 稔 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 鶴谷 毅 大阪市西区京町堀1丁目4番22号 株式 会社リキッドガス内 (56)参考文献 特開 平4−270999(JP,A) 特開 平4−279841(JP,A) 特開 昭64−61657(JP,A)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シーディング粒子を用いた光計測装置によ
    る液体の流れの計測方法において、 前記シーディング粒子が、セラミックス多孔質粒子上に
    金属をコーティングしてなる直径0.5〜150μmの
    球状粒子であることを特徴とする液体の流れの計測方
    法。
  2. 【請求項2】レーザードップラー流速計などのレーザー
    計測装置を用いて、液体流速を計測する方法において、 前記シーディング粒子が、直径0.5〜10μmの球状
    粒子であることを特徴とする請求項1に記載の液体の流
    れの計測方法。
  3. 【請求項3】フラッシュランプやパルスレーザー等の瞬
    間的かつ強力な光源を用いて、シーディング粒子の分布
    を写真撮影することにより、液体の流れを計測する液体
    の流れの計測方法において、 前記シーディング粒子が、直径5〜150μmの球状粒
    子であることを特徴とする請求項1に記載の液体の流れ
    の計測方法。
  4. 【請求項4】前記シーディング粒子が、容積0.1cm
    /g以上のクローズドポアを有するセラミックス多孔
    質粒子上に金属をコーティングしたものであることを特
    徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の液体の流
    れの計測方法。
  5. 【請求項5】前記シーディング粒子が、SiO粒子上
    に金属をコーティングしたものであることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体の流れの計測
    方法。
  6. 【請求項6】70%以上のシーディング粒子の粒子径
    が、平均粒子径±50%の範囲内であることを特徴とす
    る請求項1〜5のいずれか1項に記載の液体の流れの計
    測方法。
  7. 【請求項7】前記シーディング粒子のセラミックス部分
    が、逆ミセル法により製造されたことを特徴とする請求
    項1〜6のいずれか1項に記載の液体の流れの計測方
    法。
  8. 【請求項8】シーディング粒子のセラミックス部分の原
    料を含有する水溶液を孔径のほぼ均一な多孔質ガラス膜
    あるいは孔径のほぼ均一な細孔を有する高分子膜から有
    機溶媒に押出して逆ミセルを形成することにより、前記
    シーディング粒子のセラミックス部分が製造されたこと
    を特徴とする請求項7に記載の液体の流れの計測方法。
  9. 【請求項9】金属のコーティングを無電解メッキ法によ
    り行なうことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項
    に記載の液体の流れの計測方法。
  10. 【請求項10】前記シーディング粒子が、Niをコーテ
    ィングしたものであることを特徴とする請求項1〜9の
    いずれか1項に記載の液体の流れの計測方法。
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