JP2927295B2 - Vortex flow meter - Google Patents

Vortex flow meter

Info

Publication number
JP2927295B2
JP2927295B2 JP1305709A JP30570989A JP2927295B2 JP 2927295 B2 JP2927295 B2 JP 2927295B2 JP 1305709 A JP1305709 A JP 1305709A JP 30570989 A JP30570989 A JP 30570989A JP 2927295 B2 JP2927295 B2 JP 2927295B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
vortex
fluid
phase
ultrasonic wave
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1305709A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03165220A (en
Inventor
博史 吉倉
豊 稲田
一政 川崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TOKIKO KK
Original Assignee
TOKIKO KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TOKIKO KK filed Critical TOKIKO KK
Priority to JP1305709A priority Critical patent/JP2927295B2/en
Publication of JPH03165220A publication Critical patent/JPH03165220A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2927295B2 publication Critical patent/JP2927295B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は渦流量計に係り、渦発生体によって流体中に
発生するカルマン渦が流体中を伝播する超音波に与える
位相変調を検出し、カルマン渦の生成を検知することに
より、流体の流量又は流速を測定する渦流量計に関す
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vortex flowmeter, and detects a phase modulation given to an ultrasonic wave propagating in a fluid by a Karman vortex generated in a fluid by a vortex generator to detect the Karman vortex. The present invention relates to a vortex flowmeter that measures the flow rate or flow velocity of a fluid by detecting the generation of a fluid.

従来の技術 例えば従来の渦流量計として、実公昭57−25141号或
いは特公昭58−32333号等において提案されたように、
流体中に渦発生体を設け、その下流に発生したカルマン
渦の生成数を超音波を利用して検知することにより流体
の流量を測定する装置が知られている。
2. Description of the Related Art As a conventional vortex flowmeter, as proposed in Japanese Utility Model Publication No. 57-25141 or Japanese Patent Publication No. 58-32333,
2. Description of the Related Art There is known an apparatus that measures a flow rate of a fluid by providing a vortex generator in a fluid and detecting the number of generated Karman vortices generated downstream thereof using ultrasonic waves.

第6図は従来より知られている渦流量計の一例の構成
図である。同図において発振器1により発生され超音波
送信器2aより流体中に送信される超音波は、流体の進行
方向に垂直、かつ同図の紙面と平行な経路に沿って伝播
し、超音波受信器2bにより検出される。この超音波受信
器2bの出力信号は位相制御器3を介して位相比較器4に
供給される(この信号をαとする)。一方、流体中を通
過する超音波とは別に発振器1の出力より分岐した発振
信号は位相制御器5を介して位相比較器4の他方の入力
端子に供給される(この信号をβとする)。
FIG. 6 is a configuration diagram of an example of a conventionally known vortex flowmeter. In the figure, an ultrasonic wave generated by the oscillator 1 and transmitted into the fluid from the ultrasonic transmitter 2a propagates along a path perpendicular to the traveling direction of the fluid and parallel to the paper of FIG. Detected by 2b. The output signal of the ultrasonic receiver 2b is supplied to the phase comparator 4 via the phase controller 3 (this signal is referred to as α). On the other hand, an oscillation signal branched from the output of the oscillator 1 separately from the ultrasonic wave passing through the fluid is supplied to the other input terminal of the phase comparator 4 via the phase controller 5 (this signal is referred to as β). .

位相比較器4において上記二つの信号α,βの位相が
比較される。この場合において、カルマン渦が発生して
いない状態の流体中を通過した超音波信号αは、元の発
振信号βに対して一定の位相差を有することとなる。
In the phase comparator 4, the phases of the two signals α and β are compared. In this case, the ultrasonic signal α that has passed through the fluid in a state where no Karman vortex is generated has a certain phase difference with respect to the original oscillation signal β.

第7図は管路6の断面を上流側から見た断面図であ
る。第7図中、管路6の内壁には鉛直方向(矢印Y方
向)に起立する渦発生体7が固定されている。超音波送
信器2aと超音波受信器2bとは、超音波送信器2aからの超
音波伝播路が渦発生体7の延在方向(矢印Y方向)と直
交する水平方向(矢印X方向)に形成されるように設け
られている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the cross section of the pipeline 6 as viewed from the upstream side. In FIG. 7, a vortex generator 7 that stands in the vertical direction (the direction of the arrow Y) is fixed to the inner wall of the pipe 6. The ultrasonic transmitter 2a and the ultrasonic receiver 2b are arranged such that the ultrasonic wave propagation path from the ultrasonic transmitter 2a extends in a horizontal direction (arrow X direction) orthogonal to the extending direction of the vortex generator 7 (arrow Y direction). It is provided to be formed.

第6図において流量又は流速を測定すべき流体が管路
6の内部を同図上方から下方へ向って流れると、上記流
体中には管路6の内部に挿入配設された周知の渦発生体
7の下流側においてその左右に交互に規則的な、所謂カ
ルマン渦が発生する。この場合に流体内を通過する超音
波が流体内を伝播する途上において、超音波は上記渦発
生体7により生成されたカルマン渦と遭遇すると、カル
マン渦の横方向(第6図の紙面と平行、かつ超音波が伝
播する方向)の流速成分に位相変調を受けることとな
る。したがって位相比較器4に供給される二つの信号
α,βの位相差は、流体中を通過する超音波がカルマン
渦と遭遇しない場合の上記一定の位相差とは異なった位
相差を示す。この位相差の変化を検出し、フィルタ8を
介して出力端子8aより取り出すことにより、流速又は流
量に比例するカルマン渦の生成数を検知し、ひいては被
測定流体の流量又は流速を測定することが可能となる。
In FIG. 6, when a fluid whose flow rate or flow velocity is to be measured flows from the upper side to the lower side in the pipe 6 in the same figure, a well-known vortex generated by being inserted inside the pipe 6 is contained in the fluid. On the downstream side of the body 7, a regular, so-called Karman vortex is generated alternately on the left and right sides. In this case, when the ultrasonic wave passing through the fluid propagates through the fluid, the ultrasonic wave encounters the Karman vortex generated by the vortex generator 7, and the ultrasonic wave travels in the lateral direction of the Karman vortex (parallel to the paper of FIG. 6). And the velocity component in the direction in which the ultrasonic wave propagates) is subjected to phase modulation. Therefore, the phase difference between the two signals α and β supplied to the phase comparator 4 indicates a different phase difference from the above-mentioned constant phase difference when the ultrasonic wave passing through the fluid does not encounter the Karman vortex. By detecting the change in the phase difference and extracting the change from the output terminal 8a through the filter 8, the number of generated Karman vortices in proportion to the flow velocity or the flow rate can be detected, and thus the flow rate or the flow velocity of the fluid to be measured can be measured. It becomes possible.

しかしながら、流体内を伝播する超音波の位相は、カ
ルマン渦以外にも流体の温度変化等の外的要因によって
も変化を被るものである。この温度変化等の外的要因に
よる位相変化によって位相比較器4に供給される二つの
信号の位相差が、位相比較器4の直線動作範囲内から逸
脱してしまうことがある。
However, the phase of the ultrasonic wave propagating in the fluid undergoes a change due to an external factor such as a temperature change of the fluid other than the Karman vortex. Due to a phase change due to an external factor such as a temperature change, the phase difference between the two signals supplied to the phase comparator 4 may deviate from the linear operation range of the phase comparator 4.

これを防ぐため、外的要因によって生じる位相変化分
をフィルタ8により抽出し、この出力を位相制御器3及
び5に供給して位相比較器4に供給される二つの超音波
の位相差を上記位相比較器4の直線動作範囲内に収まる
よう制御させることにより、温度変化等の外的要因によ
り超音波の位相が大きく変化した場合にも対応し得るこ
ととしている。
In order to prevent this, a phase change generated by an external factor is extracted by the filter 8, and this output is supplied to the phase controllers 3 and 5, and the phase difference between the two ultrasonic waves supplied to the phase comparator 4 is calculated as described above. By controlling the phase comparator 4 to be within the linear operation range, it is possible to cope with a case where the phase of the ultrasonic wave largely changes due to an external factor such as a temperature change.

発明が解決しようとする課題 しかるに、第6図及び第7図に示す渦流量計では、流
量が増大して流体中の音速よりもカルマン渦の流れ方向
の流速が速くなると、流体中を伝播する超音波信号がカ
ルマン渦から受ける位相変調量が大きくなり過ぎてしま
い、その結果信号α,βの位相差が位相比較器4の直線
動作範囲を逸脱してしまうといった課題が生ずる。
Problems to be Solved by the Invention However, in the vortex flowmeter shown in FIGS. 6 and 7, when the flow rate increases and the flow velocity in the direction of flow of the Karman vortex becomes faster than the speed of sound in the fluid, the vortex flowmeter propagates in the fluid. The amount of phase modulation that the ultrasonic signal receives from the Karman vortex becomes too large, and as a result, a problem occurs that the phase difference between the signals α and β deviates from the linear operation range of the phase comparator 4.

さらに、位相変調量が大きくなると流体中を伝播する
超音波に周波数変調がかかってしまい、その周波数が変
化して超音波受信器2bの受信周波数帯域からはずれてし
まう。そのため、流体中を伝播した超音波信号を受信で
きなくなり正確な流量計測ができなくなる。また、流体
中の音速が低い場合には、音速が高い場合に比べて同じ
流速であっても位相変調量が大きいため、液体に比べて
流体中の音速の低ガス等の気体を計測する場合、大流量
計測時に位相変調量が大きくなり過ぎてしまい、それだ
け計測可能な流量範囲が狭くなってしまう。
Furthermore, when the amount of phase modulation increases, the frequency of the ultrasonic wave propagating in the fluid is modulated, and the frequency changes to deviate from the reception frequency band of the ultrasonic receiver 2b. For this reason, the ultrasonic signal propagated in the fluid cannot be received, and accurate flow rate measurement cannot be performed. In addition, when the sound velocity in the fluid is low, the phase modulation amount is large even at the same flow velocity as compared with the case where the sound velocity is high, so when measuring a gas such as a gas with a low sound velocity in the fluid compared to the liquid. When the large flow rate is measured, the phase modulation amount becomes too large, and the measurable flow rate range is narrowed accordingly.

このような課題の対応策としては、超音波信号の周波
数を低くして流体中を伝播する超音波信号がカルマン渦
より受ける位相変調量を小さく抑える方法がある。しか
しながら、超音波信号の周波数を低くすると超音波送信
器2a及び超音波受信器2bの振動子の形状が大型化すると
いった新たな課題が生じ、しかも製造技術上振動子の大
型化には限界があり、位相変調量を効果的に小さくする
ことが難しかった。
As a countermeasure against such a problem, there is a method of lowering the frequency of the ultrasonic signal to suppress the amount of phase modulation received by the Karman vortex to the ultrasonic signal propagating in the fluid. However, lowering the frequency of the ultrasonic signal raises a new problem that the size of the transducers of the ultrasonic transmitter 2a and the ultrasonic receiver 2b increases, and there is a limit to the size of the transducer due to manufacturing technology. Therefore, it was difficult to effectively reduce the amount of phase modulation.

そこで、本発明は上記課題を解決した渦流量計を提供
することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a vortex flowmeter that has solved the above-mentioned problems.

課題を解決するための手段 本発明は、被測流体が流れる管路内壁に流れ方向に対
して直角方向に延在するよう設けられた渦発生体と、 該渦発生体の下流側の管路壁に固設された超音波送信
器と、 前記超音波送信器とを結ぶ直線が前記渦発生体の延在
方向に対して傾斜するよう管路壁に固設された超音波受
信器と、を備え、 前記超音波送信器からの発振信号と超音波受信器から
の受信信号との位相を比較し前記渦発生体より発生した
渦を検知することを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems The present invention provides a vortex generator provided on a pipe inner wall through which a fluid to be measured flows so as to extend in a direction perpendicular to the flow direction, and a pipe downstream of the vortex generator. An ultrasonic transmitter fixed to a wall, an ultrasonic receiver fixed to a pipe wall such that a straight line connecting the ultrasonic transmitter is inclined with respect to an extending direction of the vortex generator, And detecting the vortex generated by the vortex generator by comparing the phase of the oscillation signal from the ultrasonic transmitter with the phase of the reception signal from the ultrasonic receiver.

作用 本発明によれば、渦発生体の下流側の管路壁に固設さ
れた超音波送信器と、超音波送信器とを結ぶ直線が渦発
生体の延在方向に対し傾斜するよう管路壁に固設された
超音波受信器とを備えてなるため、超音波がカルマン渦
から位相変調をうける距離を短くして超音波が受ける位
相変調量を小さくできる。
According to the present invention, a pipe is provided such that a straight line connecting the ultrasonic transmitter fixed to the pipe wall on the downstream side of the vortex generator and the ultrasonic transmitter is inclined with respect to the extending direction of the vortex generator. Since the apparatus includes the ultrasonic receiver fixed to the road wall, it is possible to shorten the distance that the ultrasonic wave receives the phase modulation from the Karman vortex, thereby reducing the amount of phase modulation received by the ultrasonic wave.

実施例 第1図は本発明の一実施例になる渦流量計の管路6内
部を示す側断面図である。同図において管路6内部の流
体が左方から右方へ流れると、渦発生体7により下流側
にカルマン渦が発生される。
Embodiment FIG. 1 is a side sectional view showing the inside of a pipe 6 of a vortex flowmeter according to an embodiment of the present invention. In this figure, when the fluid in the pipe 6 flows from left to right, Karman vortices are generated downstream by the vortex generator 7.

第2図(A)は第1図をII A−II A間で切り取った横
断面図及び超音波源である発振器1、超音波送信器9a、
及び超音波を受信するための超音波受信器9b、位相比較
器4等を合わせて示したものである。同図においては、
流体は紙面に垂直に紙面の表側から裏側に向かって流れ
ることとなる。
FIG. 2 (A) is a cross-sectional view of FIG. 1 taken along the line II A-II A, and an oscillator 1 as an ultrasonic source, an ultrasonic transmitter 9a,
And an ultrasonic receiver 9b for receiving ultrasonic waves, a phase comparator 4, and the like. In the figure,
The fluid will flow from the front side to the back side of the paper perpendicular to the paper.

又、第2図(B)には管路6の一対の取付孔6a,6bに
挿入固定された超音波送信器9a及び超音波受信器9bの取
付状態が示されている。各取付孔6a,6bは管路6内の軸
心Pに向けて穿設されており、取付孔6aと6bとが同一直
線上に設けられている。そして、取付孔6a,6bは夫々の
中心を結ぶ破線が渦発生体7の延在方向に直角な方向の
水平線(1点鎖線)に対し所定角度θ傾斜するように穿
設されている。
FIG. 2 (B) shows an attached state of the ultrasonic transmitter 9a and the ultrasonic receiver 9b inserted and fixed in the pair of attachment holes 6a, 6b of the pipe 6. Each of the mounting holes 6a and 6b is bored toward the axis P in the conduit 6, and the mounting holes 6a and 6b are provided on the same straight line. The mounting holes 6a and 6b are formed such that a broken line connecting the centers thereof is inclined at a predetermined angle θ with respect to a horizontal line (dashed line) perpendicular to the direction in which the vortex generator 7 extends.

各超音波送信器9a及び超音波受信器9bは、渦発生体7
の延在する面(第1図II A−II A断面)と平行な面(第
1図II B−II B断面)にあって、その先端部9a1,9b1
取付孔6a,6bに挿入され、管路6より外周に突出する大
径部9a2,9b2が取付ボルト(図示せず)により管路6の
外周に固着されている。尚、超音波送信器9a及び超音波
受信器9bの先端部9a1,9b1は管路6内を流れる流体に接
して振動する。超音波発振器9aと超音波受信器9bとは、
超音波aの伝播方向が渦発生体7の延在方向と直角の方
向(水平線)に対して所定角度θ傾斜するように取付け
られている。
Each of the ultrasonic transmitter 9a and the ultrasonic receiver 9b includes a vortex generator 7
In the extended surfaces of (FIG. 1 II A-II A cross section) parallel to the plane (FIG. 1 II B-II B section), the tip portion 9a 1, 9b 1 attachment hole 6a, and 6b The large-diameter portions 9a 2 and 9b 2 which are inserted and project outward from the pipeline 6 are fixed to the outer circumference of the pipeline 6 by mounting bolts (not shown). The tip portions 9a 1 and 9b 1 of the ultrasonic transmitter 9a and the ultrasonic receiver 9b vibrate in contact with the fluid flowing in the pipeline 6. The ultrasonic oscillator 9a and the ultrasonic receiver 9b
The ultrasonic wave a is attached so that the propagation direction of the ultrasonic wave a is inclined at a predetermined angle θ with respect to a direction (horizontal line) perpendicular to the extending direction of the vortex generator 7.

又、上記の如く、取付孔6a,6bが管路6の軸心Pに向
けて穿設されているため、超音波送信器9aと超音波受信
器9bとは軸心Pを介して対向配置されている。従って、
各超音波送信器9aから送信された超音波は軸心Pを通過
して超音波受信器9bにより検知される。
Further, as described above, since the mounting holes 6a and 6b are drilled toward the axis P of the conduit 6, the ultrasonic transmitter 9a and the ultrasonic receiver 9b are arranged to face each other via the axis P. Have been. Therefore,
The ultrasonic wave transmitted from each ultrasonic transmitter 9a passes through the axis P and is detected by the ultrasonic receiver 9b.

第3図は渦発生体7によって流体中に生成されるカル
マン渦と超音波送信機9a及び超音波受信器9bとの位置関
係を示す模試図である。同図において破線で示した矢印
は超音波aの伝播方向を示している。また同図はカルマ
ン渦13aが超音波送信器9aから送信される超音波aの伝
播経路を既に通過し、次のカルマン渦13bが上記二つの
超音波の伝播経路にさしかかった時点での様子を示して
いる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a positional relationship between the Karman vortex generated in the fluid by the vortex generator 7 and the ultrasonic transmitter 9a and the ultrasonic receiver 9b. In the figure, the arrow indicated by the broken line indicates the propagation direction of the ultrasonic wave a. The figure also shows the state at the time when the Karman vortex 13a has already passed through the propagation path of the ultrasonic wave a transmitted from the ultrasonic transmitter 9a and the next Karman vortex 13b has approached the propagation path of the two ultrasonic waves. Is shown.

第4図(A)(B)は、カルマン渦が第3図に示すよ
うに超音波aの伝播経路を通過する際の発振信号βの超
音波信号(受信信号)αをパルス化した波形並びに互い
の位相の関係を示している。第3図において超音波送信
器9aから送信される超音波aはカルマン渦13bがちょう
ど超音波aの進行方向と同じ方向の正文を持つことから
信号βに対してその位相は進むこととなる。
4 (A) and 4 (B) show pulsed waveforms of an ultrasonic signal (reception signal) α of an oscillation signal β when the Karman vortex passes through the propagation path of the ultrasonic wave a as shown in FIG. The mutual phase relationship is shown. In FIG. 3, the phase of the ultrasonic wave a transmitted from the ultrasonic transmitter 9a is advanced with respect to the signal β because the Karman vortex 13b has a true text in the same direction as the traveling direction of the ultrasonic wave a.

第3図に示す状態からカルマン渦13bが下流に移動す
るにしたがって、超音波aの位相の進み具合は減少し、
カルマン渦の中心付近が超音波の伝播経路を通過する時
点で超音波aの位相の進みは無くなる。以後カルマン渦
の後半部分が上記超音波の伝播経路を通過する際には逆
に超音波aの位相は遅れる。このように1つのカルマン
渦が上記超音波の伝播経路を通過すると、超音波aの位
相差は半周期分のサイン波的に変化する。この超音波a
の位相差の変化を検出することによってカルマン渦の発
生を検知することができ、更に単位時間当りのカルマン
渦をカウントすることにより、流体の流速及び流量を計
測することが可能となる。
As the Karman vortex 13b moves downstream from the state shown in FIG. 3, the advance of the phase of the ultrasonic wave a decreases,
When the vicinity of the center of the Karman vortex passes through the propagation path of the ultrasonic wave, the advance of the phase of the ultrasonic wave a disappears. Thereafter, when the latter half of the Karman vortex passes through the propagation path of the ultrasonic wave, the phase of the ultrasonic wave a is delayed. As described above, when one Karman vortex passes through the propagation path of the ultrasonic wave, the phase difference of the ultrasonic wave a changes like a sine wave for a half cycle. This ultrasonic a
By detecting the change in the phase difference of the above, the occurrence of the Karman vortex can be detected, and by counting the Karman vortex per unit time, the flow velocity and the flow rate of the fluid can be measured.

尚、発振器1及び超音波受信器9bからの信号が入力さ
れる回路構成は従来と同じである。
Note that a circuit configuration to which signals from the oscillator 1 and the ultrasonic receiver 9b are input is the same as the conventional one.

このとき超音波信号αと発振信号βの位相差がψとな
ったとすると位相比較器4はその位相差ψに対応する電
圧Vψを出力端子8aより出力する。
At this time, if the phase difference between the ultrasonic signal α and the oscillation signal β becomes ψ, the phase comparator 4 outputs a voltage ψ corresponding to the phase difference よ from the output terminal 8a.

又、渦発生体7の下流側では第3図に示すように渦の
向きが異なるカルマン渦13a,13bが交互に生成されるた
め、超音波信号αはカルマン渦13aが通過するとき位相
が進み、次のカルマン渦13bが通過するとき位相が遅れ
る。そして、発振信号βに対する超音波信号αの位相差
が第4図のように得られる。
On the downstream side of the vortex generator 7, Karman vortices 13a and 13b having different vortex directions are generated alternately as shown in FIG. 3, so that the phase of the ultrasonic signal α advances when the Karman vortex 13a passes. When the next Karman vortex 13b passes, the phase is delayed. Then, the phase difference of the ultrasonic signal α with respect to the oscillation signal β is obtained as shown in FIG.

第2図(A)及び第3図中、超音波送受信器9a,9bと
が水平方向に対して角度θ傾斜する向きで取付けられて
いるため、超音波aがカルマン渦から受ける位相変調量
をΔψとすると、次式 で求められる。(但し、L:超音波aの伝播距離,f:超音
波aの周波数,c:流体中の音速,v:流体の流れ方向と直交
するカルマン渦の流速) ここで、カルマン渦の流体の流れ方向と直交する流速
v(第3図参照)は流体の流速Vに比例する。
In FIGS. 2 (A) and 3, since the ultrasonic transceivers 9a and 9b are mounted so as to be inclined at an angle θ with respect to the horizontal direction, the amount of phase modulation received by the ultrasonic waves a from the Karman vortex is reduced. If Δψ, then Is required. (Where, L: propagation distance of ultrasonic wave a, f: frequency of ultrasonic wave a, c: velocity of sound in fluid, v: flow velocity of Karman vortex orthogonal to the flow direction of fluid) The flow velocity v perpendicular to the direction (see FIG. 3) is proportional to the flow velocity V of the fluid.

第2図(A)において、超音波送信器9aと超音波受信
器9bとのセンサ間距離Dは管路6の内径と同じで一定で
ある。従って、角度θを変更することにより超音波aが
カルマン渦により位相変調を受ける伝播距離Lは、L=
Dcosθとなる。従来はL=D(第7図参照)であった
が、本実施例によれば上記角度θによりL<Dとなる。
In FIG. 2 (A), the distance D between the sensors between the ultrasonic transmitter 9a and the ultrasonic receiver 9b is the same as the inner diameter of the pipe 6 and is constant. Therefore, by changing the angle θ, the propagation distance L at which the ultrasonic wave a undergoes phase modulation by the Karman vortex is L =
Dcosθ. Conventionally, L = D (see FIG. 7), but according to the present embodiment, L <D due to the angle θ.

この伝播距離Lが小さくなると上式(1)より一定の
カルマン渦流速範囲(流量範囲)での超音波がカルマン
渦から受ける位相変調量を小さくすることができる。
When the propagation distance L is reduced, the phase modulation amount of the ultrasonic wave received from the Karman vortex in the constant Karman vortex flow velocity range (flow rate range) can be reduced from the above equation (1).

第5図は信号αとβの位相差と位相比較器4の出力電
圧との関係を示したグラフであり、同図に示すように二
つの信号α,βの位相差が−360度から360度までの範囲
では位相比較器4の出力電圧は直線的に変化する。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the phase difference between the signals α and β and the output voltage of the phase comparator 4. As shown in FIG. 5, the phase difference between the two signals α and β is changed from −360 degrees to 360 degrees. In the range up to degrees, the output voltage of the phase comparator 4 changes linearly.

ここで、流量計測の一例を説明する。 Here, an example of the flow rate measurement will be described.

管路6内を流れる流体が20℃の空気の場合、センサ間
距離D=50mm,超音波aの周波数を200kHz,空気中の音速
343m/sとすると、超音波がカルマン渦から受ける位相変
調量Δψは、上式(1) により表わされる。
When the fluid flowing through the pipe 6 is air at 20 ° C., the distance between the sensors D = 50 mm, the frequency of the ultrasonic wave a is 200 kHz, and the speed of sound in the air is
Assuming 343 m / s, the phase modulation amount Δψ that the ultrasonic wave receives from the Karman vortex is given by the above equation (1) Is represented by

位相比較器4の直線的動作範囲内でのカルマン渦の最
大流速vは、θ=0゜(第7図に示す)の場合、 となる。よって、Δψ<±360゜の範囲内ではv≒11.3m
/sとなる。
The maximum velocity v of the Karman vortex within the linear operation range of the phase comparator 4 is θ = 0 ° (shown in FIG. 7). Becomes Therefore, v ≒ 11.3m in the range of Δψ <± 360 °
/ s.

これに対し、本発明のように超音波の伝播経路が角度
θ傾斜している渦流量計では、例えばθ=60゜の場合、
L=Dcos60 であり、上式(1)より、 となる。よって、v≒22.0m/sとなり従来のようにθ=
0の場合よりも約2倍の流量まで計測可能となる。
On the other hand, in the vortex flowmeter in which the propagation path of the ultrasonic wave is inclined at the angle θ as in the present invention, for example, when θ = 60 °,
L = Dcos60, and from the above equation (1), Becomes Therefore, v ≒ 22.0 m / s, and θ =
It is possible to measure up to about twice the flow rate as compared with the case of 0.

尚、上記角度θは60゜に限らず任意の角度に設定する
ことにより流量計測範囲を適宜広くすることができるの
は勿論である。
The angle θ is not limited to 60 ° and may be set to an arbitrary angle so that the flow rate measurement range can be appropriately widened.

発明の効果 上述の如く、本発明になる渦流量計は、渦発生体の下
流側の管路壁に固設された超音波送信器と、超音波送信
器とを結ぶ直線が渦発生体の延在方向に対して傾斜する
よう管路壁に固設された超音波受信器とを備えてなるた
め、超音波がカルマン渦から位相変調を受ける伝播距離
Lを小さくすることにより位相変調を小さくできる。従
って、気体等の計測に際し、流体中の音速が低いために
位相変調が大きくて位相比較器の直線動作範囲を越えた
り、あるいは周波数変調がかかってしまい受信信号が得
られなくなることにより計測できるカルマン渦の流速範
囲(流量範囲)が狭くなることを防止でき、従来からの
回路を使用して流量計測範囲を広くすることができる。
Effect of the Invention As described above, the vortex flowmeter according to the present invention has an ultrasonic transmitter fixed to a pipe wall on the downstream side of the vortex generator, and a straight line connecting the ultrasonic transmitter to the vortex generator. And an ultrasonic receiver fixed to the pipe wall so as to be inclined with respect to the extending direction. Therefore, the phase modulation is reduced by reducing the propagation distance L in which the ultrasonic wave receives the phase modulation from the Karman vortex. it can. Therefore, when measuring gas, etc., Kalman can be measured by the fact that the phase modulation is large due to the low speed of sound in the fluid and exceeds the linear operation range of the phase comparator, or the received signal cannot be obtained due to the frequency modulation. The flow velocity range (flow rate range) of the vortex can be prevented from being narrowed, and the flow rate measurement range can be widened using a conventional circuit.

又、管路の口径(センサ間距離)が異なる場合でも超
音波の伝播距離が一定になるように超音波送信器の取付
角度を変更することにより、超音波がカルマン渦から受
ける位相変調量を小さくして流量計測範囲を広くすると
ともに管路の口径差があっても超音波センサの共通化を
図ることができる等の特長を有する。
Also, by changing the mounting angle of the ultrasonic transmitter so that the ultrasonic wave propagation distance is constant even when the pipe diameter (distance between sensors) is different, the amount of phase modulation received by the ultrasonic wave from the Karman vortex can be reduced. It has features that it can be reduced to widen the flow rate measurement range and that the ultrasonic sensor can be shared even if there is a difference in pipe diameter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の側断面図、第2図(A)は
第1図のII A−II A線に沿う縦断面図に主要な回路を付
加したブロック構成図、第2図(B)は第1図中II B−
II B線に沿う縦断面図、第3図は渦発生体とカルマン渦
及び超音波送受信器との関係を示した模式図、第4図は
発振信号と受信信号との位相の関係を説明するための波
形図、第5図は位相比較器における超音波の位相差を電
圧に変換する際の位相差−電圧特性図、第6図及び第7
図は従来の渦流量計の一例のブロック構成図,断面図で
ある。 1……超音波発振器、4……位相比較器、6……管路、
7……渦発生体、9a……超音波送信器、9b……超音波受
信器、13a,13b……カルマン渦。
FIG. 1 is a side sectional view of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (A) is a block diagram in which main circuits are added to a longitudinal sectional view along line IIA-IIA of FIG. FIG. (B) shows II B− in FIG.
II A longitudinal sectional view along the line B, FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the vortex generator and the Karman vortex and the ultrasonic transceiver, and FIG. 4 illustrates the phase relationship between the oscillation signal and the reception signal. FIG. 5 is a waveform diagram for converting a phase difference of an ultrasonic wave into a voltage in a phase comparator, and FIG. 6 and FIG.
FIG. 1 is a block diagram and a sectional view of an example of a conventional vortex flowmeter. 1 ... ultrasonic oscillator, 4 ... phase comparator, 6 ... pipe,
7 ... vortex generator, 9a ... ultrasonic transmitter, 9b ... ultrasonic receiver, 13a, 13b ... Karman vortex.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 1/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01F 1/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被測流体が流れる管路内壁に流れ方向に対
して直角方向に延在するよう設けられた渦発生体と、 該渦発生体の下流側の管路壁に固設された超音波送信器
と、 前記超音波送信器とを結ぶ直線が前記渦発生体の延在方
向に対して傾斜するよう管路壁に固設された超音波受信
器と、を備え、 前記超音波送信器からの発振信号と超音波受信器からの
受信信号との位相を比較し前記渦発生体より発生した渦
を検知することを特徴とする渦流量計。
1. A vortex generator provided on an inner wall of a conduit through which a fluid to be measured flows so as to extend in a direction perpendicular to the flow direction, and fixed to a pipe wall downstream of the vortex generator. An ultrasonic transmitter, and an ultrasonic receiver fixed to a pipe wall such that a straight line connecting the ultrasonic transmitter is inclined with respect to an extending direction of the vortex generator, and the ultrasonic wave A vortex flowmeter for detecting the vortex generated by the vortex generator by comparing the phases of an oscillation signal from a transmitter and a reception signal from an ultrasonic receiver.
JP1305709A 1989-11-24 1989-11-24 Vortex flow meter Expired - Fee Related JP2927295B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1305709A JP2927295B2 (en) 1989-11-24 1989-11-24 Vortex flow meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1305709A JP2927295B2 (en) 1989-11-24 1989-11-24 Vortex flow meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03165220A JPH03165220A (en) 1991-07-17
JP2927295B2 true JP2927295B2 (en) 1999-07-28

Family

ID=17948415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1305709A Expired - Fee Related JP2927295B2 (en) 1989-11-24 1989-11-24 Vortex flow meter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2927295B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03165220A (en) 1991-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0660832B2 (en) Vortex flowmeter
US4240299A (en) Method and apparatus for determining fluid density and mass flow
JP2927295B2 (en) Vortex flow meter
RU2672815C1 (en) Measuring flow in ultrasound
EP0022828B1 (en) A method of and apparatus for determining the mass flow rate of a fluid stream
JPS58151564A (en) Ultrasonic current meter
GB1598581A (en) Flowmeters
JPH01134213A (en) Flowmeter
JPH0792396B2 (en) Vortex flowmeter
JPS6343687B2 (en)
KR100559139B1 (en) Ultrasonic wave flow meter using correlation
Coulthard et al. Vortex wake transit time measurements for flow metering
JPS6332129B2 (en)
RU2064164C1 (en) Method of determination of flow rate
JPS6135310A (en) Vortex flowmeter
JPH081455Y2 (en) Vortex flowmeter
JP3672997B2 (en) Correlation flowmeter and vortex flowmeter
JP3248021B2 (en) Vortex flow meter
JP2710399B2 (en) Flow measurement method
KR20000039377A (en) Method for measuring distance between sensors of ultrasonic flow meter
JP2577705Y2 (en) Vortex flow meter
JP2000230844A (en) Ultrasonic system vortex flowmeter
JPH01148913A (en) Ring vortex flowmeter
KR0133625Y1 (en) Vibration type flow meter
JP2000234946A (en) Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080514

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees