JP3248021B2 - 渦流量計 - Google Patents
渦流量計Info
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- JP3248021B2 JP3248021B2 JP09655593A JP9655593A JP3248021B2 JP 3248021 B2 JP3248021 B2 JP 3248021B2 JP 09655593 A JP09655593 A JP 09655593A JP 9655593 A JP9655593 A JP 9655593A JP 3248021 B2 JP3248021 B2 JP 3248021B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の渦流量計の一例として図５及び図
６に示すものがある。図において、流体を通す管路１中
に、カルマン渦２を生成する渦発生体３が設けられてい
る。管路１には、超音波信号源４に駆動されて流体中に
超音波を放射する超音波発信器５及び超音波を受信する
超音波受信器６が相対向して設けられている。超音波発
信器５から放射された超音波は前記カルマン渦２により
変調を受け、超音波受信器６に受信される。超音波信号
源４及び超音波受信器６に接続して位相比較器７が設け
られている。この渦流量計では、超音波受信器６からの
超音波信号Ａと信号源信号Ｂとの位相比較を行ない、前
記カルマン渦２による超音波の変調を検出し、渦信号Ｃ
として出力する。
６に示すものがある。図において、流体を通す管路１中
に、カルマン渦２を生成する渦発生体３が設けられてい
る。管路１には、超音波信号源４に駆動されて流体中に
超音波を放射する超音波発信器５及び超音波を受信する
超音波受信器６が相対向して設けられている。超音波発
信器５から放射された超音波は前記カルマン渦２により
変調を受け、超音波受信器６に受信される。超音波信号
源４及び超音波受信器６に接続して位相比較器７が設け
られている。この渦流量計では、超音波受信器６からの
超音波信号Ａと信号源信号Ｂとの位相比較を行ない、前
記カルマン渦２による超音波の変調を検出し、渦信号Ｃ
として出力する。
【０００３】ここで、超音波がカルマン渦２によって受
ける種々の信号特性について概説する。超音波がカルマ
ン渦２によって受ける位相変調量Δθは、次式で表され
る。 Δθ＝｛Ｌ・ｆ・Ｖ／Ｃ（Ｃ±Ｖ）｝×２π〔rad 〕 （１） ただし、Ｌ：超音波電波距離（口径）、ｆ：超音波周波
数 Ｃ：流体音速、Ｖ：渦流速（流体の平均流速にほぼ等し
い） また、超音波がカルマン渦２によって受ける周波数変調
量Δｆは次式で表される。 Δｆ＝ｆu ・Δθ （２） ただし、ｆu ：渦周波数 例えば、流体が空気であると、口径100mm 、超音波周波
数を100KHZとし、流体流速が50 m／s の場合、超音波信
号Ａの受ける周波数変化は、約２KHZ となる。
ける種々の信号特性について概説する。超音波がカルマ
ン渦２によって受ける位相変調量Δθは、次式で表され
る。 Δθ＝｛Ｌ・ｆ・Ｖ／Ｃ（Ｃ±Ｖ）｝×２π〔rad 〕 （１） ただし、Ｌ：超音波電波距離（口径）、ｆ：超音波周波
数 Ｃ：流体音速、Ｖ：渦流速（流体の平均流速にほぼ等し
い） また、超音波がカルマン渦２によって受ける周波数変調
量Δｆは次式で表される。 Δｆ＝ｆu ・Δθ （２） ただし、ｆu ：渦周波数 例えば、流体が空気であると、口径100mm 、超音波周波
数を100KHZとし、流体流速が50 m／s の場合、超音波信
号Ａの受ける周波数変化は、約２KHZ となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波を送
受信する場合、送受信器の表面材質（一般には金属又は
樹脂）と流体（音響媒体）との間の音響インピーダンス
の比によって送受信特性が異なったものとなり、その差
が大きくなると周波数帯域が狭くなり流体の種類によっ
ては渦生成周期、ひいては渦生成周期と所定の対応関係
にある流速（流量）の適正な検出を容易に行なえなかっ
た。特に音響媒体（流体）が気体である場合、送受信器
の表面材質との音響インピーダンスの差が大きいため、
周波数帯域が極めて狭いものになり、そのままでは流量
を適正に検出しえない虞があった。すなわち、気体用の
受信器の場合、受信器の有効な周波数帯域が数百HZであ
るため、図６に斜線で示した部分、つまり渦によって周
波数変化を受けた状態では周波数を受信器で受信できな
くなり、超音波信号Ａが断続することになり適正な渦信
号Ｃを出力できなくなってしまう虞があった。
受信する場合、送受信器の表面材質（一般には金属又は
樹脂）と流体（音響媒体）との間の音響インピーダンス
の比によって送受信特性が異なったものとなり、その差
が大きくなると周波数帯域が狭くなり流体の種類によっ
ては渦生成周期、ひいては渦生成周期と所定の対応関係
にある流速（流量）の適正な検出を容易に行なえなかっ
た。特に音響媒体（流体）が気体である場合、送受信器
の表面材質との音響インピーダンスの差が大きいため、
周波数帯域が極めて狭いものになり、そのままでは流量
を適正に検出しえない虞があった。すなわち、気体用の
受信器の場合、受信器の有効な周波数帯域が数百HZであ
るため、図６に斜線で示した部分、つまり渦によって周
波数変化を受けた状態では周波数を受信器で受信できな
くなり、超音波信号Ａが断続することになり適正な渦信
号Ｃを出力できなくなってしまう虞があった。
【０００５】請求項１の発明は、上記事情に鑑みてなさ
れたもので、消費電力を抑えられる渦流量計を提供する
ことを目的とする。請求項２の発明は、上記事情に鑑み
てなされたもので、流体の種類に影響されることなく、
渦生成周期に応じて適正に流量を検出できる渦流量計を
提供することを目的とする。
れたもので、消費電力を抑えられる渦流量計を提供する
ことを目的とする。請求項２の発明は、上記事情に鑑み
てなされたもので、流体の種類に影響されることなく、
渦生成周期に応じて適正に流量を検出できる渦流量計を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、流体を通す管路内に設けてカル
マン渦を発生させる渦発生体と、カルマン渦発生領域に
位置させて管路に設けた超音波発信器と、それぞれ異な
る周波数帯域を持ち該超音波発信器に対向して管路に設
けられた２以上の超音波受信器とを備えたことを特徴と
する。請求項２の発明は、上記目的を達成するために、
請求項１の発明において、各超音波受信器にそれぞれ接
続され、前記超音波受信器からの超音波信号の振幅が一
定値以上になった場合に判定信号を出力するレベル判定
手段と、該各レベル判定手段に接続されレベル判定手段
からの判定信号に基づいて渦信号を出力する渦検出手段
とを備えたことを特徴とする。
目的を達成するために、流体を通す管路内に設けてカル
マン渦を発生させる渦発生体と、カルマン渦発生領域に
位置させて管路に設けた超音波発信器と、それぞれ異な
る周波数帯域を持ち該超音波発信器に対向して管路に設
けられた２以上の超音波受信器とを備えたことを特徴と
する。請求項２の発明は、上記目的を達成するために、
請求項１の発明において、各超音波受信器にそれぞれ接
続され、前記超音波受信器からの超音波信号の振幅が一
定値以上になった場合に判定信号を出力するレベル判定
手段と、該各レベル判定手段に接続されレベル判定手段
からの判定信号に基づいて渦信号を出力する渦検出手段
とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】請求項１の構成とすれば、超音波受信器を２以
上設けることにより、超音波信号の周波数変化範囲全て
を狭帯域の超音波受信器でカバーでき、超音波受信器が
狭帯域であることにより高い効率で超音波の送受信を図
れる。請求項２の構成とすれば、流体が管路を流れてカ
ルマン渦が発生し、超音波受信器が検出する超音波の振
幅が一定値以上になると、レベル判定手段が判定信号を
出力し、判定信号の出力順序に基づいて渦検出手段が判
定信号に基づいて渦信号を出力し、この渦信号の内容か
ら渦生成周期、ひいては流体流量を計測できる。
上設けることにより、超音波信号の周波数変化範囲全て
を狭帯域の超音波受信器でカバーでき、超音波受信器が
狭帯域であることにより高い効率で超音波の送受信を図
れる。請求項２の構成とすれば、流体が管路を流れてカ
ルマン渦が発生し、超音波受信器が検出する超音波の振
幅が一定値以上になると、レベル判定手段が判定信号を
出力し、判定信号の出力順序に基づいて渦検出手段が判
定信号に基づいて渦信号を出力し、この渦信号の内容か
ら渦生成周期、ひいては流体流量を計測できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例の渦流量計を図１な
いし図４に基づいて説明する。なお、図４に示す部材及
び部分と同一の部材及び部分は同一の符号で示し、同一
部材及び部分の説明は省略する。図において、管路１に
は、超音波発信器５に対向して第１、第２、第３の３つ
の超音波受信器10a ，10b ，10c が設けられている。３
つの超音波受信器10a ，10b ，10c は、それぞれ図２に
示すように異なる周波数帯域を持っており、第２の超音
波受信器10b の周波数帯域は超音波発信器５の周波数帯
域と同等に設定されている。
いし図４に基づいて説明する。なお、図４に示す部材及
び部分と同一の部材及び部分は同一の符号で示し、同一
部材及び部分の説明は省略する。図において、管路１に
は、超音波発信器５に対向して第１、第２、第３の３つ
の超音波受信器10a ，10b ，10c が設けられている。３
つの超音波受信器10a ，10b ，10c は、それぞれ図２に
示すように異なる周波数帯域を持っており、第２の超音
波受信器10b の周波数帯域は超音波発信器５の周波数帯
域と同等に設定されている。
【０００９】３つの超音波受信器10a ，10b ，10c にそ
れぞれ接続して第１、第２、第３のレベル判定器11a ，
11b ，11c が設けられている。第１、第２、第３のレベ
ル判定器11a ，11b ，11c は第１、第２、第３の超音波
受信器10a ，10b ，10c からの超音波信号Ａの振幅が一
定値以上になった場合にこのことを示す判定信号Ｄを出
力するようになっている。この信号授受タイミングを図
３に基づいて説明する。すなわち、例えば第１、第２、
第３の超音波受信器10a ，10b ，10c がそれぞれサイン
波形の信号（イ）（判定器における一定値以上の範囲
が、同図に示すようにｄ，ｅとなっている。）、信号
（ロ）（判定器における一定値以上の範囲が、同図に示
すようにｆ，ｇ，ｈ，ｉとなっている。）、信号（ハ）
（判定器における一定値以上の範囲が、同図に示すよう
にｊ，ｋとなっている。）を入力すると、第１、第２、
第３のレベル判定器11a ，11b ，11c はこれに応じて、
ｄ→ｆ→ｊ→ｇ→ｅ→ｈ→ｋ→ｉの順に判定信号Ｄを出
力する。
れぞれ接続して第１、第２、第３のレベル判定器11a ，
11b ，11c が設けられている。第１、第２、第３のレベ
ル判定器11a ，11b ，11c は第１、第２、第３の超音波
受信器10a ，10b ，10c からの超音波信号Ａの振幅が一
定値以上になった場合にこのことを示す判定信号Ｄを出
力するようになっている。この信号授受タイミングを図
３に基づいて説明する。すなわち、例えば第１、第２、
第３の超音波受信器10a ，10b ，10c がそれぞれサイン
波形の信号（イ）（判定器における一定値以上の範囲
が、同図に示すようにｄ，ｅとなっている。）、信号
（ロ）（判定器における一定値以上の範囲が、同図に示
すようにｆ，ｇ，ｈ，ｉとなっている。）、信号（ハ）
（判定器における一定値以上の範囲が、同図に示すよう
にｊ，ｋとなっている。）を入力すると、第１、第２、
第３のレベル判定器11a ，11b ，11c はこれに応じて、
ｄ→ｆ→ｊ→ｇ→ｅ→ｈ→ｋ→ｉの順に判定信号Ｄを出
力する。
【００１０】第１、第２、第３のレベル判定器11a ，11
b ，11c に接続して渦検出器12が設けられている。渦検
出器12は、判定信号Ｄを入力し、第１、第２、第３のレ
ベル判定器11a ，11b ，11c のうちいずれが判定信号Ｄ
を出力したかに応じて渦検出フラグの設定を行なう。
b ，11c に接続して渦検出器12が設けられている。渦検
出器12は、判定信号Ｄを入力し、第１、第２、第３のレ
ベル判定器11a ，11b ，11c のうちいずれが判定信号Ｄ
を出力したかに応じて渦検出フラグの設定を行なう。
【００１１】渦検出器12の処理内容を図４に基づいて以
下に説明する。まず、渦検出フラグを‘０’に設定する
（ステップS1）。続いてどのレベル判定器11a ，11b ，
11cが判定信号Ｄを出力したかの判定を行ない（ステッ
プS2）、第１のレベル判定器11a が判定信号Ｄを出力し
た場合渦検出フラグを‘０’に設定し（ステップS3）、
第３のレベル判定器11c が判定信号Ｄを出力した場合渦
検出フラグを‘１’に設定し（ステップS4）、第２のレ
ベル判定器11b が判定信号Ｄを出力した場合渦検出フラ
グの値を維持する（ステップS5）。ステップS5に続い
て、第２のレベル判定器11b からの判定信号Ｄの入力が
一定時間以上継続しているか否かの判定を行ない（ステ
ップS6）、YES と判定するとステップS1に戻って処理を
進める。ステップS6でNOと判定したり、ステップS3、ス
テップS4の処理が終了したりするとステップS7に進ん
で、渦検出フラグが０→１に変化したか否かを判定す
る。ステップS7でYES と判定すると、出力数が流速、ひ
いては流量と所定の対応関係を有する渦パルス信号Ｅを
１つ出力する（ステップS8）。すなわち、交番的に発生
するカルマン渦２が１組発生すると、渦検出フラグが０
→１に変化しこれに対応して渦パルス信号Ｅを１つ出力
するので、この出力数をカウントすることにより流体の
流量の計測を図ることができる。ステップS7でNOと判定
するとステップS2に戻って処理を行なう。
下に説明する。まず、渦検出フラグを‘０’に設定する
（ステップS1）。続いてどのレベル判定器11a ，11b ，
11cが判定信号Ｄを出力したかの判定を行ない（ステッ
プS2）、第１のレベル判定器11a が判定信号Ｄを出力し
た場合渦検出フラグを‘０’に設定し（ステップS3）、
第３のレベル判定器11c が判定信号Ｄを出力した場合渦
検出フラグを‘１’に設定し（ステップS4）、第２のレ
ベル判定器11b が判定信号Ｄを出力した場合渦検出フラ
グの値を維持する（ステップS5）。ステップS5に続い
て、第２のレベル判定器11b からの判定信号Ｄの入力が
一定時間以上継続しているか否かの判定を行ない（ステ
ップS6）、YES と判定するとステップS1に戻って処理を
進める。ステップS6でNOと判定したり、ステップS3、ス
テップS4の処理が終了したりするとステップS7に進ん
で、渦検出フラグが０→１に変化したか否かを判定す
る。ステップS7でYES と判定すると、出力数が流速、ひ
いては流量と所定の対応関係を有する渦パルス信号Ｅを
１つ出力する（ステップS8）。すなわち、交番的に発生
するカルマン渦２が１組発生すると、渦検出フラグが０
→１に変化しこれに対応して渦パルス信号Ｅを１つ出力
するので、この出力数をカウントすることにより流体の
流量の計測を図ることができる。ステップS7でNOと判定
するとステップS2に戻って処理を行なう。
【００１２】このように構成された渦流量計では、管路
１を流れる流体によりカルマン渦２が発生すると、超音
波の周波数偏倚が生じ、第１あるいは第３の超音波受信
器10a ，10c の周波数帯域へ超音波の周波数が変化す
る。そして、第１の超音波受信器10a で受信した場合に
は、うず検出フラグを‘０’にセットし、第３の超音波
受信器10c で受信した場合は‘１’にセットすることに
より渦検出フラグの０→１の変化がカルマン渦２の生成
周期に応じて発生し、この渦検出フラグの変化回数分の
渦パルス信号Ｅが出力し、この渦パルス信号Ｅの出力数
をカウントして流体の流量の計測が行われる。このよう
に渦検出フラグの出力順序に基づいて渦検出器12が渦の
生成周期、ひいては流体流量を計測できるので、超音波
受信器10a，10b ，10c の周波数帯域が狭くなっても、
あるいは狭帯域の超音波受信器10a，10b ，10c を用い
たとしても流量の計測を精度高く行える。このため、被
測定対象の流体が気体であってもその流量計測を精度高
いものにできる。
１を流れる流体によりカルマン渦２が発生すると、超音
波の周波数偏倚が生じ、第１あるいは第３の超音波受信
器10a ，10c の周波数帯域へ超音波の周波数が変化す
る。そして、第１の超音波受信器10a で受信した場合に
は、うず検出フラグを‘０’にセットし、第３の超音波
受信器10c で受信した場合は‘１’にセットすることに
より渦検出フラグの０→１の変化がカルマン渦２の生成
周期に応じて発生し、この渦検出フラグの変化回数分の
渦パルス信号Ｅが出力し、この渦パルス信号Ｅの出力数
をカウントして流体の流量の計測が行われる。このよう
に渦検出フラグの出力順序に基づいて渦検出器12が渦の
生成周期、ひいては流体流量を計測できるので、超音波
受信器10a，10b ，10c の周波数帯域が狭くなっても、
あるいは狭帯域の超音波受信器10a，10b ，10c を用い
たとしても流量の計測を精度高く行える。このため、被
測定対象の流体が気体であってもその流量計測を精度高
いものにできる。
【００１３】上述したようにカルマン渦２が１組発生す
ると、渦検出フラグが０→１に変化しこれに対応して渦
パルス信号Ｅを１つ出力するので、超音波を受信した順
番を判定することにより渦の生成周期、ひいては流量を
検出でき、このため狭い周波数帯域の受信器で流量検出
を行なうことができる。渦を検出する上で渦の振幅や波
形はほとんど影響しないので、安定した流量検出を図る
ことができる。また、帯域の狭い送受信器を使用してい
るので、Ｑが高くて超音波を効率高く送受信できるた
め、消費電力の減少を図ることができる。
ると、渦検出フラグが０→１に変化しこれに対応して渦
パルス信号Ｅを１つ出力するので、超音波を受信した順
番を判定することにより渦の生成周期、ひいては流量を
検出でき、このため狭い周波数帯域の受信器で流量検出
を行なうことができる。渦を検出する上で渦の振幅や波
形はほとんど影響しないので、安定した流量検出を図る
ことができる。また、帯域の狭い送受信器を使用してい
るので、Ｑが高くて超音波を効率高く送受信できるた
め、消費電力の減少を図ることができる。
【００１４】
【発明の効果】請求項１の発明は、以上説明したように
構成された渦流量計であるから、超音波受信器を２以上
設けることにより、超音波信号の周波数変化範囲全てを
狭帯域の超音波受信器でカバーでき、超音波受信器が狭
帯域であることにより高い効率で超音波の送受信を図れ
るので、消費電力を抑制できることになる。請求項２の
発明は、以上説明したように構成された渦流量計である
から、流体が管路を流れてカルマン渦が発生し、超音波
受信器が検出する超音波の振幅が一定値以上になると、
レベル判定手段が判定信号を出力し、判定信号の出力順
序に基づいて渦検出手段が判定信号に基づいて渦信号を
出力し、この渦信号の内容から渦生成周期、ひいては流
体流量を計測できるので、超音波受信器の周波数帯域が
狭くなっても、あるいは狭帯域の超音波受信器を用いた
としても流体の流量を計測する上で、流体の種類に影響
されなくなって被測定対象の流体が気体であってもその
流量計測を精度高いものにできる。
構成された渦流量計であるから、超音波受信器を２以上
設けることにより、超音波信号の周波数変化範囲全てを
狭帯域の超音波受信器でカバーでき、超音波受信器が狭
帯域であることにより高い効率で超音波の送受信を図れ
るので、消費電力を抑制できることになる。請求項２の
発明は、以上説明したように構成された渦流量計である
から、流体が管路を流れてカルマン渦が発生し、超音波
受信器が検出する超音波の振幅が一定値以上になると、
レベル判定手段が判定信号を出力し、判定信号の出力順
序に基づいて渦検出手段が判定信号に基づいて渦信号を
出力し、この渦信号の内容から渦生成周期、ひいては流
体流量を計測できるので、超音波受信器の周波数帯域が
狭くなっても、あるいは狭帯域の超音波受信器を用いた
としても流体の流量を計測する上で、流体の種類に影響
されなくなって被測定対象の流体が気体であってもその
流量計測を精度高いものにできる。
【図１】本発明の一実施例の渦流量計を模式的に示す図
である。
である。
【図２】同渦流量計の受信器の周波数帯域を示す図であ
る。
る。
【図３】同渦流量計の受信器とレベル判定器の信号授受
タイミングを説明するための信号波形図である。
タイミングを説明するための信号波形図である。
【図４】同渦流量計の渦検出器の処理内容を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図５】従来の渦流量計の一例を模式的に示す図であ
る。
る。
【図６】同渦流量計の受信器の周波数帯域を示す図であ
る。
る。
１ 管路 ２ カルマン渦 ３ 渦発生体 ５ 超音波発信器 10a ，10b ，10c 第１、第２、第３の超音波受信器 11a ，11b ，11c 第１、第２、第３のレベル判定器 12 渦検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/32
Claims (2)
- 【請求項１】 流体を通す管路内に設けてカルマン渦を
発生させる渦発生体と、カルマン渦発生領域に位置させ
て管路に設けた超音波発信器と、それぞれ異なる周波数
帯域を持ち該超音波発信器に対向して管路に設けられた
２以上の超音波受信器とを備えたことを特徴とする渦流
量計。 - 【請求項２】 前記各超音波受信器にそれぞれ接続さ
れ、前記超音波受信器からの超音波信号の振幅が一定値
以上になった場合に判定信号を出力するレベル判定手段
と、該各レベル判定手段に接続されレベル判定手段から
の判定信号に基づいて渦信号を出力する渦検出手段とを
備えた請求項１記載の渦流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09655593A JP3248021B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09655593A JP3248021B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06288800A JPH06288800A (ja) | 1994-10-18 |
| JP3248021B2 true JP3248021B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=14168315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09655593A Expired - Fee Related JP3248021B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248021B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP09655593A patent/JP3248021B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06288800A (ja) | 1994-10-18 |
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