JP3212614B2 - 超音波用音波減衰器 - Google Patents
超音波用音波減衰器Info
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Description
おいて相互に配置された測定区間を間に有する2つの超
音波変換器を有する流量計であって、超音波変換器によ
り予め設けられた測定区間の前に乃至は後ろに超音波の
ための音波減衰器が設けられている流量計に関する。
20kHz)の音波用音波減衰器が公知である。これは例え
ば聴覚領域の音波放射をできるだけ低減するか又は全く
回避するために自動車の排気ガス流内に組み込まれる。
け低減しこれにより環境保護条件を満たそうとする努力
しており、最近はガス流制御のためのスロットルバルブ
が公知である。このスロットルバルブは、絞り過程に起
因し環境に影響を与える聴覚領域の音波を放射するかわ
りに、例えば2kHzと63kHzとの間の環境技術的に比較的
問題のない超音波(>20kHz)を発生する。
は、なるほど一方では環境保護条件を満たすことにつな
がるが、他方ではしばしばガス流量調整用のフィードバ
ック制御システムに使用され超音波原理によって作動す
る流量計との不調和をもたらす。現代のスロットルバル
ブによって発生させる超音波は、超音波原理によって作
動するこの公知の流量計に最終的には完全な故障に至る
ほどのきわめて甚大な機能障害をもたらす。
ことである。すなわち、外部の超音波源に由来する超音
波を大きく減衰し、この結果、これらの超音波源により
発生される測定エラーを低減するように従来の流量計を
改善することである。
し、この散乱ユニットは実質的に円柱状のPALLリングと
して形成されており、このPALLリングは、そのシリンダ
ジャケットに開口部を有し、その内側にシャベル状に湾
曲したガイドエレメントを有することによって解決され
る。
反射面を有する少なくとも1つの散乱ユニットを配置す
る。
ち、超音波が非常に何回も反射され、このため延長され
た音響路における超音波の破壊的干渉、つまり超音波の
消滅の確率が大きくなることが保証される。この延長さ
れた音響路は超音波の振幅の良好な減衰をもたらす。
さらに次のことが保証される。すなわち、超音波に対し
て有効なできるだけ多数の反射面を所定の容積内に装着
することが保証される。超音波の波長より小さい領域の
寸法を有する反射面は超音波にとっては「見えない」か
又は条件付きでのみ「見える」かのいずれかである。一
方で超音波の波長より大きい領域の寸法を有する反射面
はなるほど超音波とっては「見える」ので反射を引き起
こすが、同時に不必要に場所を必要とする。
率は反射面が不均一に配向されている場合にとりわけ高
い。
は、散乱ユニットの反射面が少なくとも部分的に湾曲さ
れていることによって保証される。反射面をこのように
湾曲させることによりガス流内に渦が形成される。この
渦は同様に超音波の振幅を結果的に減衰させる。
に少なくとも一層のガーゼ又はこれに匹敵するような繊
維織物素材を配置すれば、このガーゼによりガス流が大
いに妨害されることによってさらなる超音波の振幅の低
減が保証される。
わけ有利な実施形態を得る。すなわち、聴覚領域の音波
用の公知の通常の減衰エレメントと同様に、減衰エレメ
ントが穴のあいた管状の一方の端部が閉じられている物
体から構成されることによってとりわけ有利な実施形態
を得る。このような減衰エレメントは簡単でコスト安に
製造でき、さらに例えば前述したように聴覚領域の音波
用音波減衰器から借用することができる。
利であるとしてほぼ20mmの直径の減衰エレメントの穴が
製造された。
ら構成される前述の減衰エレメントにおいて、この減衰
エレメントの内側に、外部から内部へと向けて開放され
た幾何学的な構造を有する散乱ユニットを配置すること
はとりわけ有利である。この開放された幾何学的な構造
は全く異なる断面積を有してもよい。この開放された幾
何学的な構造は例えば円形状、正方形状等々に形成して
もよい。
ユニットによって充填されることによってさらに有利な
実施形態を得る。この手段によって反射面が非常に不均
一に配向され、同時に散乱ユニットが過度に複雑な構造
を持つ必要がないことが保証される。
にはいわゆるPALLリングが散乱ユニットとしてとりわけ
有利である。このPALLリングは一方で多数の小さな反射
面を有し、他方でこれらの反射面は超音波の振幅をさら
に減衰させる渦が高い確率で発生するように配置され
る。
トを湾曲した導管に適合するように構成すると本発明の
音波減衰器にとってもとりわけ有利である。このように
湾曲させることによってさらに延長される音響路はさら
に超音波の振幅を減衰させる。
る。このような流量計は例えばドイツ特許公開第195308
07号公報から公知である。
流量計は、超音波源とこの流量計との間にとりわけ上述
したような超音波用音波減衰器が配置されていることに
よって特徴づけられる。有利にはこの手段によって、超
音波原理によって作動するこの流量計はその機能に外部
の音源からの超音波による影響をうけないことが保証さ
れる。
を構成し改良する多数の方法がある。図面に関連づけて
有利な実施例の説明を参照してもらう。図面において 図1は超音波原理によって作動する流量計の原理的な
概略図を示す。
実施例と第2の実施例との断面図を示す。
実施例の2つの異なる方向から見た概略図を示す。
減衰器が配置されていない場合の超音波原理によって作
動する流量計の出力信号を示す。
減衰器が配置されている場合の超音波原理によって作動
する流量計の出力信号を示す。
音波原理によって作動する流量計が図示されており、こ
れら2つの超音波変換器1、2のうちの一方はその都度
超音波を送出し、この超音波を他方が受信する。これは
交代に行われる、すなわち超音波変換器1、2の各々が
交互に送信器及び受信器として使用される。ガス流の速
度はこのようなシステムにおいては次の式によって得ら
れる。
差について次の関係式が得られる。
号/雑音比を改善するためには、減衰エレメントは、例
えば穴のあいた管状の一方の端部が閉じられている物体
として形成される。このような減衰エレメント3が図2
に図示されている。図2に図示されたこの減衰エレメン
ト3は、その接合フランジ4によってここには図示され
ていない管状導管の2つの接合フランジの間にはめ込ま
れる。
示されている、外部から内部へと向けて開放されて幾何
学的的な構造を有する散乱ユニット5の第1の実施例が
配置される。この散乱ユニット5は図3のa)では切り
取られた断面図として図示されている。理想的にはこの
散乱ユニット5の奥行きはフロー方向に超音波の波長領
域にある。代替的な第2の散乱ユニット6が図3のb)
に同様に断面図として図示されている。これらの散乱ユ
ニット5、6は一方では全体的に円柱状に形成された散
乱ユニットとして減衰エレメント3の内側に配置されて
もよく、他方では同一の又は類似の断面積を有する多数
の小さな散乱ユニットとして不均一に減衰エレメント3
を充填してもよい。両方の方法を重畳的に組み合わせて
使用してもよい。この場合常に重要なことは、この減衰
エレメント3にその中に配置される散乱ユニット5、6
によってできるだけ多数の小さな面の反射面が存在する
ことである。
適切な散乱ユニットとして図4に図示されたいわゆるPA
LLリング7が製造された。このPALLリング7は、実質的
に円柱状であり、さらにシリンダジャケットに有利には
矩形の開口部8を有する。これは図4のa)からとりわ
けよく見て取れる。さらにPALLリング7はその内側にシ
ャベル状に湾曲したガイドエレメント9を有する。この
ガイドエレメント9は、超音波の振幅を減衰させる所望
のガス流の渦巻きを作り出す。このガイドエレメント9
は図4のb)からとりわけよく見て取れる。
たさらに別の利点は、この音波減衰器の出口で滞る超音
波が非常に強く散乱されて出て行くこと、すなわちあら
ゆる方向へ伝播することである。従って、例えば流量計
に超音波が与える。影響のさらなる低減が、音波減衰器
と流量計との間の間隔を拡大することによって、又は強
く方向に依存する受信特性を有する超音波変換器によっ
て達成される。
測定信号10が、右側の縦軸に示されたm3/h単位の体積流
量と時間(横軸)との関係として図示されている。図5
にはさらにスロットルバルブの開口11と時間との関係が
図示されている。測定信号10はクリティカルな値の上側
でスロットルバルブを引き続き開いているにもかかわら
ずあまりにも大きく上昇する信号/雑音比のために一気
に降下してしまうことが明瞭に見て取れる。これは当然
望ましくない。
量計の測定信号10が、同様に右側の縦軸に示されたm3/h
単位の体積流量と時間(横軸)との関係として図示され
ている。この信号10の場合、超音波源としてのスロット
ルバルブと流量計との間のガス流の中に本発明の超音波
用音波減衰器が配置されている。流量計は高い体積流量
に至るまで申し分のない測定信号10を供給していること
が明瞭に見て取れる。図面の図6ではさらに本発明の超
音波用音波減衰器を介する圧力降下12が左側の縦軸に示
されている。この圧力降下12はほぼ2000m3/hの体積流量
において約0.5barである。
Claims (1)
- 【請求項1】超音波原理によって作動し、さらに間隔を
おいて相互に配置された測定区間を間に有する2つの超
音波変換器を有する流量計であって、前記超音波変換器
により予め設けられた前記測定区間の前に乃至は後ろに
超音波のための音波減衰器が設けられている流量計にお
いて、 前記音波減衰器は多数の散乱ユニットを有し、該散乱ユ
ニットは実質的に円柱状のPALLリングとして形成されて
おり、該PALLリングは、そのシリンダジャケットに開口
部を有し、その内側にシャベル状に湾曲したガイドエレ
メントを有することを特徴とする流量計。
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