JP3186568B2 - 渦流量計 - Google Patents

渦流量計

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JP3186568B2
JP3186568B2 JP03790096A JP3790096A JP3186568B2 JP 3186568 B2 JP3186568 B2 JP 3186568B2 JP 03790096 A JP03790096 A JP 03790096A JP 3790096 A JP3790096 A JP 3790096A JP 3186568 B2 JP3186568 B2 JP 3186568B2
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正巳 和田
雅則 本道
哲男 安藤
義則 松永
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、渦発生体によって
生じるカルマン渦に超音波を放射して得られる超音波の
伝播速度の変化から流量を測定する渦流量計に係り、特
に、低消費電力化と管路ノイズの低減を図るように改良
した渦流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】カルマン渦に超音波を放射して得られる
超音波を用いて位相検波を行う場合には、放射超音波と
して連続波を用いる方式があるが、連続波を用いると管
路を迂回する超音波ノイズ、或いは管内での反射波、散
乱波などのノイズの要因をなす残響の影響が大きくな
る。そこで、バースト波を用いて定常状態を切り出し、
残響波を小さくする方式が提案されている。
【0003】図3はこのような方式の従来の渦流量計の
構成を示す構成図である。この構成は、特開昭59−1
47219号に開示されている渦流量計であるが、以
下、これについて、その概要を説明する。
【0004】1は環状断面を有するパイプ、2はパイプ
1の内部に設置された渦発生体、3はこの渦発生体2に
より発生したカルマン渦、4は励振電源回路、5は励振
電源回路4からの入力によりカルマン渦3に超音波を放
射する超音波発信器である。
【0005】6はこのカルマン渦3を横切った超音波を
受信する超音波受信器、7は超音波受信器6の出力信号
を増幅する増幅回路、8は増幅回路7の出力信号を位相
検波する位相検波回路である。
【0006】9は励振電源回路4の入力に対し所定の位
相差を有する出力を発生する電圧制御移相器、10は位
相検波回路8の出力信号の所定の点を検出して演算する
演算回路、11は演算回路10の出力を計数するカウン
タである。
【0007】12はローパスフイルタ、13はローパス
フイルタ12の後段に接続され位相検波回路8の出力を
常にゼロまたは動作点の中心になるように電圧制御移相
器9の制御量を制御するサーボ制御器である。
【0008】次に、以上のように構成された渦流量計の
動作について図4に示す波形図を用いて説明する。図4
(A)は励振電源回路4の出力信号VP、図4(B)は
超音波発振器5の出力信号VT、図4(C)は超音波受
信器6の出力信号VRをそれぞれ示している。
【0009】流体の流れによって、パイプ1内に設置さ
れた渦発生体2の左右にはカルマン渦が発生し、これに
より、渦発生体2の上流側から流入した流体は渦発生体
2の下流側に流出するが、カルマン渦の発生により渦発
生体2の下流側の管軸及び渦発生体2に直角な方向の速
度成分はその向きを交互に変化する。
【0010】超音波発信器5には、励振電源回路4から
所定の周波数でかつ一定の休止期間をもって断続する図
4(A)に示すようなバースト波状の出力信号VPが供
給されている。
【0011】このバースト波は渦発生の一周期中に少な
くとも数回以上断続させて送出され、一回に連続して発
射された超音波が受信された後は反射波などが消失する
に足る休止期間を経て後続のバースト波が送出される。
【0012】この出力信号VP(図4(A))を受けた
超音波発信器5は、パイプ1内に発生したカルマン渦3
を横切るように、周波数及び振幅が略一定でかつ一定の
休止期間をもって断続させながら過渡期間Tと定常期間
Sとを有する出力信号VT(図4(B))をカルマン渦
3に向かって送出させる。
【0013】この出力信号VTはカルマン渦3の超音波
の伝播方向の速度成分によってその位相が変化させられ
る。位相が変化させられた超音波は超音波受信器6によ
り受信され、出力信号VRとして増幅回路7に出力され
る。
【0014】出力信号VRは増幅回路7で所定の値まで
増幅されて位相検波回路8に出力されるが、この出力信
号VRは出力信号VT(図4(B))に対応して図4
(C)に示すように過渡期間Tとこれに引き続く定常期
間Sとを有している。
【0015】この位相検波回路8に入力される信号は、
超音波受信器6の出力信号VRの平均位相をΦ´、カル
マン渦3によって生じた変動位相分布を±ΔΦとする
と、Φ=Φ´±ΔΦで示される。
【0016】電圧制御移相器9には、位相検波回路8の
平均出力がゼロ(または動作点の中心)となるように制
御する信号がサーボ制御器13から入力されており、位
相ΔΦが位相検波される。
【0017】位相検波回路8により位相検波された信号
は、カルマン渦2個当たり1サイクルの正弦波と略近似
な波形となるので、演算回路10によりパルス化して、
カウンタ11によりカルマン渦の数を計数し、流量を知
ることができる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように、使用する超音波を渦発生の一周期中に少なくと
も数回以上断続するバースト波として発振させ、一回に
連続して発射された超音波が受信された後は反射波など
が十分に減衰した後、後続の超音波を発信し、受信器で
は発信器から直接受信器に到達する音波のみを受信する
ようにして反射波等の影響を除くようにしたものである
が、実際には、断続の際の過渡期間Tから定常期間Sに
なるまでの間に漏洩超音波などが増大してノイズ要因に
なるという問題がある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、導管内の流れに直角に配置
された渦発生体と、この渦発生体の後流に発生するカル
マン渦に対して流れに直角な方向に基準波をベースとし
てバースト波状に超音波を放射する送波器と、先のカル
マン渦により伝播速度が変化された先の超音波を受信す
る受波器と、この受波器で受信された超音波信号を先の
基準波と位相比較して検波信号を出力する位相比較手段
と、先の超音波が送出されて定常状態に達する以前の過
渡状態における所定期間幅で先の検波信号をサンプルホ
ールドするサンプルホールド手段とを具備するようにし
たものである。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図1は本発明の実施の1形態を
示すブロック図である。20は例えばステンレス鋼など
で出来た導管であり、この導管20の中に渦発生体21
が流れに直角に配置されて固定されている。
【0021】渦発生体21の下流側であって、測定流体
の流れと渦発生体21とに直角な方向の導管20上に超
音波を送出する送波器22とこれを受波する受波器23
とがそれぞれ固定されている。
【0022】そして、渦発生体21の後流に発生するカ
ルマン渦24に対して、送波器22からこのカルマン渦
24の周波数に対して高い周波数の超音波が送出される
が、この超音波は送波器22と受波器23で結ばれる線
上のカルマン渦24の速度成分で変調され、受波器23
で受信波VRとして受信される。
【0023】受信回路25はこの受信波VRを受信して
所定の大きさに増幅して波形整形回路26で矩形波状に
パルス化して位相比較回路27に出力する。基準波出力
回路28は送波器22を駆動する駆動回路29へ送出す
る基準信号VS1、ゲート信号VGを出力するゲート回路
30へ送出する基準信号VS2、及び位相比較回路27へ
送出する基準信号VS3を送出する。これらの基準信号V
S1〜VS3は何れも矩形波状のパルス信号である。
【0024】位相比較回路27は基準信号VS3をベース
として波形整形回路26の出力信号を位相比較して得た
検波信号VDをサンプルホールド回路31に出力する。
この検波信号VDは、そのエンベロープが渦信号波形を
なし、位相変調されたバースト波で断続された波形をな
している。
【0025】サンプルホールド回路31は検波信号VD
をゲート回路30から出力されるゲート信号VGに基づ
いてサンプル/ホールドして演算回路32に出力する。
このゲート信号VGは検波信号VDのバースト波が断状態
のときに動作が不定になるのを避けるためにバースト波
が存在しているときだけ信号をサンプルするためのもの
である。演算回路32はこのサンプルホールド回路31
の出力信号をもちいて流量演算を実行して出力端33に
出力する。
【0026】次に、以上のように構成された実施態様の
動作について、図2に示す波形図を用いて説明する。測
定流体が矢印Fの方向から流入すると渦発生体21によ
りその後方にカルマン渦24が発生する。
【0027】一方、駆動回路29は、基準波出力回路2
8から出力される基準信号VS1により極端にバースト波
の波数が少ない1群のバースト波が一定の休止期間をも
って渦周波数より早い周期で繰り返し断続される駆動信
号VDを送波器22に印加する。
【0028】この駆動信号VDにより駆動された送波器
22は、振幅が定常状態に達する前の過渡状態で終了す
る包絡線が山形の波形を持つバースト波状の超音波をカ
ルマン渦24を介して受波器23に向かって送出する。
そして、この超音波は、送波器22と受波器23で結ば
れる線上のカルマン渦24の速度成分により変調されて
受波器23で受波される。
【0029】受波器23で受波された超音波は、図2
(A)に示すようなバースト波状の波形(1個のバース
ト波のみ図示)の受信波VRとして受信回路25に送出
される。そして、受信波VRは波形整形回路26でパル
ス化されて位相比較回路27で位相検波され、サンプル
ホールド回路31に出力される。
【0030】サンプルホールド回路31は、基準波出力
回路28から出力される基準信号V S1と同期して送出さ
れるゲート信号VG(図2(B))により、受信波VR
一定位置から所定時間が経過した後で一定時間のあいだ
位相検波信号をサンプル/ホールドする。演算回路32
はこのサンプルホールド回路31でサンプル/ホールド
された信号信号を用いて流量演算を実行して出力端33
に出力する。
【0031】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように本発明によれば、第1に、バースト波の
過渡状態を使用するので定常状態を作る必要がなく、こ
のため、バースト波数を極端に小さくすることができ
る。この結果として、残響が小さくなり、ノイズも小
さくなり、消費電力も小さくなる。
【0032】第2に、受信波の時間的に前方の部分を使
用できるので、導管の管壁を回ってきた漏洩超音波と測
定流体中を伝播してきた超音波とを時間的に切り離すこ
とができ、ノイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施の形態を示す構成図である。
【図2】図1に示す実施の形態の動作を説明する波形図
である。
【図3】従来の渦流量計の構成を示す構成図である。
【図4】図3に示す渦流量計の動作を説明する説明図で
ある。
【符号の説明】
1 パイプ 2 渦発生体 4 励振電源回路 5 超音波発信器 6 超音波受信器 7 増幅回路 8 位相検波回路 9 電圧制御移相器 10 演算回路 12 ローパスフイルタ 13 サーボ制御器 20 導管 21 渦発生体 22 送波器 23 受波器 24 カルマン渦 25 受信回路 26 波形整形回路 27 位相比較回路 28 基準波出力回路 29 駆動回路 30 ゲート回路 31 サンプルホールド回路 32 演算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 義則 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−294299(JP,A) 特公 平3−12692(JP,B2) 特許3024312(JP,B2) 特許3028723(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導管内の流れに直角に配置された渦発生体
    と、この渦発生体の後流に発生するカルマン渦に対して
    流れに直角な方向に基準波をベースとしてバースト波状
    に超音波を放射する送波器と、前記カルマン渦により伝
    播速度が変化された前記超音波を受信する受波器と、こ
    の受波器で受信された超音波信号を前記基準波と位相比
    較して検波信号を出力する位相比較手段と、前記超音波
    が送出されて定常状態に達する以前の過渡状態における
    所定期間幅で前記検波信号をサンプルホールドするサン
    プルホールド手段とを具備することを特徴とする渦流量
    計。
JP03790096A 1996-02-26 1996-02-26 渦流量計 Expired - Lifetime JP3186568B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101942283B1 (ko) * 2017-02-15 2019-01-25 장한승 지붕 무타공 태양광 패널의 지지 구조체

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101942283B1 (ko) * 2017-02-15 2019-01-25 장한승 지붕 무타공 태양광 패널의 지지 구조체

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