JP3283519B2 - 流量計 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
-
- G—PHYSICS
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- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、第２の音響トランスジューサの上流に第１
の音響トランスジューサを備え、これらのトランスジュ
ーサ間の音波の進行時間を使って、これらのトランスジ
ューサ間に流れる流体の流速を測定する形式の流量計に
係るものである。
の音響トランスジューサを備え、これらのトランスジュ
ーサ間の音波の進行時間を使って、これらのトランスジ
ューサ間に流れる流体の流速を測定する形式の流量計に
係るものである。
この方法を利用する超音波流体移動装置は欧州特許公
開公報0347096に記載されている。これを使って既知の
大きさの通路を流れるガスの流速を測定できる。測定し
た速度に速度の関数である係数を掛けることによって体
積流速を計算できる。この装置は国内のガスメータの部
分として使用してもよい。
開公報0347096に記載されている。これを使って既知の
大きさの通路を流れるガスの流速を測定できる。測定し
た速度に速度の関数である係数を掛けることによって体
積流速を計算できる。この装置は国内のガスメータの部
分として使用してもよい。
欧州特許公開公報0347096のような先行技術の欠点
は、測定した速度に速度の関数である係数を掛けること
によって体積流速を計算しなければならないことであ
る。測定した速度と体積流速との関係は非線形であっ
て、そのためこの技術を複雑で、実際に使用すると不正
確なものとしている。それ故、体積流速を計算するもっ
と正確な方法があると好都合である。
は、測定した速度に速度の関数である係数を掛けること
によって体積流速を計算しなければならないことであ
る。測定した速度と体積流速との関係は非線形であっ
て、そのためこの技術を複雑で、実際に使用すると不正
確なものとしている。それ故、体積流速を計算するもっ
と正確な方法があると好都合である。
「通過時間式超音波流量計の理論」（ジェイ・ヘン
プ、クランフイールド・インスティチュート オヴ テ
クノロジ、1981年７月27日）に説明されているが、ある
流れ条件と音響条件の下では管を流下する平面波の、管
内を流れることに因る位相シフトは体積流速だけに比例
する。これは平面音波の集積特性に因るのである。
プ、クランフイールド・インスティチュート オヴ テ
クノロジ、1981年７月27日）に説明されているが、ある
流れ条件と音響条件の下では管を流下する平面波の、管
内を流れることに因る位相シフトは体積流速だけに比例
する。これは平面音波の集積特性に因るのである。
軸離れモード（off−axis mode）に対する補償は国際
公開93/00570に記載されている。この方法で使っている
リングアラウンド・トランスミッションにおいては、４
番目毎のウエーブパケットを先行パケットに対して反転
させてダクト内の高次モードの進行効果を無効としてい
る。
公開93/00570に記載されている。この方法で使っている
リングアラウンド・トランスミッションにおいては、４
番目毎のウエーブパケットを先行パケットに対して反転
させてダクト内の高次モードの進行効果を無効としてい
る。
米国特許4365518に開示されている音響流量計におい
ては流量計を通る流路を、超音波の波長に対して十分に
大きい何本かの管に分けて超音波が歪みなくそれぞれの
管を進行するようにしている。この先行技術は線形応答
する範囲が狭い。
ては流量計を通る流路を、超音波の波長に対して十分に
大きい何本かの管に分けて超音波が歪みなくそれぞれの
管を進行するようにしている。この先行技術は線形応答
する範囲が狭い。
英国特許2209216においては、あるカット・オフ点以
下の直径を有する通路を設けることによってその流路に
沿って平面波だけを通している。この場合、速度の関数
である係数を使用しなくても体積流速は直接計算でき
る。位相誤差を生じる建設的な、もしくは破壊的なエコ
ーによって変えられることなく、測定された信号が直接
伝播路を辿るとき、最高の精度が得られる。それ故、信
号が直接路を辿ることを確実にすることにより、モード
抑圧も精度を改善している。しかしながら、流路管内に
多数の流路を詰め込むようにして配置しているため流路
管の中心軸からのこれら流路の半径方向の距離は異なっ
ている。このことが、測定された流速に誤差を生じさせ
る。
下の直径を有する通路を設けることによってその流路に
沿って平面波だけを通している。この場合、速度の関数
である係数を使用しなくても体積流速は直接計算でき
る。位相誤差を生じる建設的な、もしくは破壊的なエコ
ーによって変えられることなく、測定された信号が直接
伝播路を辿るとき、最高の精度が得られる。それ故、信
号が直接路を辿ることを確実にすることにより、モード
抑圧も精度を改善している。しかしながら、流路管内に
多数の流路を詰め込むようにして配置しているため流路
管の中心軸からのこれら流路の半径方向の距離は異なっ
ている。このことが、測定された流速に誤差を生じさせ
る。
本発明の第１の特徴によれば流量計は、流体の流れる
方向に間隔をあけて配置した一対のトランスジューサ、
これらのトランスジューサによって流体を通して両方向
に音響信号を送る送信手段、そしてトランスジューサに
よって受けた音響信号の走行時間を監視することによっ
て流体の流れについての情報を決定する処理手段を備
え、一対のトランスジューサ間の空間の部分が形成する
流路が流れの方向に軸方向にのびる複数の平行流路を有
する流れ構造体から成り、これらの複数の流路の横断面
直径及び送信手段が送出する音響信号は、流体が音響平
面波だけをその流路に通すように選定されており、さら
に前記流れ構造体の全ての流路が、流れ方向に沿った中
心軸から半径方向に実質的に等間隔に配置されていて、
作動時にそれぞれの流路が同じ量の音響信号をサンプル
するようになっている。
方向に間隔をあけて配置した一対のトランスジューサ、
これらのトランスジューサによって流体を通して両方向
に音響信号を送る送信手段、そしてトランスジューサに
よって受けた音響信号の走行時間を監視することによっ
て流体の流れについての情報を決定する処理手段を備
え、一対のトランスジューサ間の空間の部分が形成する
流路が流れの方向に軸方向にのびる複数の平行流路を有
する流れ構造体から成り、これらの複数の流路の横断面
直径及び送信手段が送出する音響信号は、流体が音響平
面波だけをその流路に通すように選定されており、さら
に前記流れ構造体の全ての流路が、流れ方向に沿った中
心軸から半径方向に実質的に等間隔に配置されていて、
作動時にそれぞれの流路が同じ量の音響信号をサンプル
するようになっている。
この構成において各流路は全流速を表す一部分を採取
している。
している。
先行技術とは対照的に本発明は３桁で±３％の線形を
達成することができる。
達成することができる。
流路間の隙間はそれに沿って流体が流れないように閉
塞しておく。
塞しておく。
各通路の横断面は円形であるのが好ましい。
円形断面の流路を使用すると、例えば英国特許220921
6で使用されているような六角形断面の流路と比較して
幾つもの利点がある。流路に沿う圧力降下を最小とする
という必要性と位相シフトを最大とするという必要性と
の間で、最適の妥協を現実に求めることができる。
6で使用されているような六角形断面の流路と比較して
幾つもの利点がある。流路に沿う圧力降下を最小とする
という必要性と位相シフトを最大とするという必要性と
の間で、最適の妥協を現実に求めることができる。
典型的には、流路の両端の中心にトランスジューサを
配置して対称的なアセンブリとすることによって本発明
を実施できる。トランスジューサの中心を結ぶ一本の線
から半径方向に流路の中心を等距離にして流路を配置で
き、それ故、もし流れが外部の影響から隔離されていれ
ば、同じ流れと音響的な場でデータを収集できる。本質
的なことではないが、外部の影響から隔離するには、流
路の軸方向に速度の成分を持たない回転流を入口室につ
くればよい。
配置して対称的なアセンブリとすることによって本発明
を実施できる。トランスジューサの中心を結ぶ一本の線
から半径方向に流路の中心を等距離にして流路を配置で
き、それ故、もし流れが外部の影響から隔離されていれ
ば、同じ流れと音響的な場でデータを収集できる。本質
的なことではないが、外部の影響から隔離するには、流
路の軸方向に速度の成分を持たない回転流を入口室につ
くればよい。
第２の特徴によれば、本発明の流量計は、流体の流れ
る方向に間隔をあけて配置した一対のトランスジュー
サ、これらのトランスジューサによって流体を通して両
方向に音響信号を送る送信手段、そしてトランスジュー
サによって受けた音響信号の走行時間を監視することに
よって流体の流れについての情報を決定する処理手段を
備え、一対のトランスジューサ間の空間の部分が形成す
る流路が環状の流路を有する流路構造から成り、それに
対応してトランスジューサも環状の形を取っている。
る方向に間隔をあけて配置した一対のトランスジュー
サ、これらのトランスジューサによって流体を通して両
方向に音響信号を送る送信手段、そしてトランスジュー
サによって受けた音響信号の走行時間を監視することに
よって流体の流れについての情報を決定する処理手段を
備え、一対のトランスジューサ間の空間の部分が形成す
る流路が環状の流路を有する流路構造から成り、それに
対応してトランスジューサも環状の形を取っている。
これら総ての場合において、流れ構造体で音響エコー
を防止することが望ましい。このことは例えば、流路構
造体に近接してトランスジューサを配置することによ
り、もしくは流路構造体上に吸収材料を使用することに
よって達成できる。到来音響信号に対して流路構造体が
角度をつけた、平坦な面を呈しているのが好ましい。
を防止することが望ましい。このことは例えば、流路構
造体に近接してトランスジューサを配置することによ
り、もしくは流路構造体上に吸収材料を使用することに
よって達成できる。到来音響信号に対して流路構造体が
角度をつけた、平坦な面を呈しているのが好ましい。
上に述べたような流量計は小型にすることができ（例
えばレンガ位の大きさ）、そして低価格で製作できる。
ここに説明したようなユニットは家庭のガスメータに最
も適している。
えばレンガ位の大きさ）、そして低価格で製作できる。
ここに説明したようなユニットは家庭のガスメータに最
も適している。
高い電気−音響変換効率と簡単なデータ処理とによっ
て電力消費は非常に少なく、電池による長期の作動を可
能としている。
て電力消費は非常に少なく、電池による長期の作動を可
能としている。
ガスメータとして使用してもガスの成分に不感であ
り、また液体例えば水を含む様々な流体にも使用でき
る。
り、また液体例えば水を含む様々な流体にも使用でき
る。
本発明の流量計の一例を添付図を参照して以下に説明
する。
する。
図１は全システムのブロック図である。
図２は流れセンサ装置の横断面図である。
図３は先細りの流路管を示す。
図４は別の先細りの流路管を示す。
図５は図２の流れ構造体の線Ａ−Ａに沿う参考例の横
断面図である。
断面図である。
図６は図５と同様な横断面図であるが、第１の例を示
す。
す。
図７は図５と同様な横断面図であるが、第２の例を示
す。
す。
図８は図５と同様な横断面図であるが、第３の例を示
す。
す。
図９は、図８の流路内へ音響波を送り込む圧電トラン
スジューサを示す。
スジューサを示す。
図10は図９の平面図であり、圧電要素の半径方向の振
動を示す。
動を示す。
図11は普通のラウドスピーカーを示す。
図12は環状流路に音波を送り込む環状トランスジュー
サの第２の例を示す。
サの第２の例を示す。
図13は図５と同様な横断面図であるが、第４の例を示
す。
す。
図１と図２とに示す流量計は２つの部分、フローセン
サー１と電子計測システム２とから成る。流体は、入口
３でフローセンサーに入り、入口室６と出口室７とを結
ぶ計測管５を通った後出口４から出る。
サー１と電子計測システム２とから成る。流体は、入口
３でフローセンサーに入り、入口室６と出口室７とを結
ぶ計測管５を通った後出口４から出る。
計測管を通る音のパルスを放出し、そして受ける２つ
の超音波トランスジューサ８と９を使ってフローセンサ
ー内の流れを計測する。送信から受信までの経過時間Δ
ｔは電子システム２によって上流（＋）方向と下流
（−）方向で測定される。これらの測定から流量計を流
れる体積流速を上に述べたようにして決定する。上流測
定のためのトランスジューサ８を駆動し、切り換えて下
流測定のためのトランスジューサ９を駆動する信号発生
器から電子システム２が成っているのが典型である。音
響信号が測定管５を進行し、他方のトランスジューサに
よって受けられる。その受け取った信号をデジタル化
し、そしてデジタル信号処理ユニットへ送って、このデ
ジタル信号処理ユニットから流速信号を出力する。
の超音波トランスジューサ８と９を使ってフローセンサ
ー内の流れを計測する。送信から受信までの経過時間Δ
ｔは電子システム２によって上流（＋）方向と下流
（−）方向で測定される。これらの測定から流量計を流
れる体積流速を上に述べたようにして決定する。上流測
定のためのトランスジューサ８を駆動し、切り換えて下
流測定のためのトランスジューサ９を駆動する信号発生
器から電子システム２が成っているのが典型である。音
響信号が測定管５を進行し、他方のトランスジューサに
よって受けられる。その受け取った信号をデジタル化
し、そしてデジタル信号処理ユニットへ送って、このデ
ジタル信号処理ユニットから流速信号を出力する。
入口室６は円筒状のキャビテイであって、入口３を通
って入ってくる流体は接線方向に注入されて、測定管５
の軸方向に速度成分を持たない流体の回転流れを入口室
６内に作る。こうすることの目的は、測定管５内の流速
に影響することのある入口３の上流側の流れの影響を取
り除く、もしくは少なくすることである。
って入ってくる流体は接線方向に注入されて、測定管５
の軸方向に速度成分を持たない流体の回転流れを入口室
６内に作る。こうすることの目的は、測定管５内の流速
に影響することのある入口３の上流側の流れの影響を取
り除く、もしくは少なくすることである。
このようにして測定管５は、入ってくる流れにおける
外部の擾乱影響から効果的に切り離されており、そして
管を流れる流体の流れはトランスジューサどうしの中心
を結ぶ線32の周りに回転対称である。
外部の擾乱影響から効果的に切り離されており、そして
管を流れる流体の流れはトランスジューサどうしの中心
を結ぶ線32の周りに回転対称である。
内部管ホルダー10は直接路からのどんな信号も反射す
るような形にしてあって、内部管ホルダーから反射する
エコーが測定完了までは直接路に干渉しないようにして
いる。このようにできるのは、横断面積の小さい角度を
つけた面が信号を散乱させ、そして信号を長い干渉路も
しくは吸収路の方へ向けてしまうからである。
るような形にしてあって、内部管ホルダーから反射する
エコーが測定完了までは直接路に干渉しないようにして
いる。このようにできるのは、横断面積の小さい角度を
つけた面が信号を散乱させ、そして信号を長い干渉路も
しくは吸収路の方へ向けてしまうからである。
測定管５の両端11からトランスジューサ８又は９へ音
響信号が反射してエコーとなる。これを回避するには測
定管５を図３もしくは図４に示すように設計すればよ
い。測定管５は複数の流路61、62もしくは71、72を備え
ている。測定管の端11、11'は先細りとなってトランス
ジューサと直接路とから離れる方向に信号12を反射し、
それから反射するエコーが測定期間中直接路の信号に干
渉しないようにする。
響信号が反射してエコーとなる。これを回避するには測
定管５を図３もしくは図４に示すように設計すればよ
い。測定管５は複数の流路61、62もしくは71、72を備え
ている。測定管の端11、11'は先細りとなってトランス
ジューサと直接路とから離れる方向に信号12を反射し、
それから反射するエコーが測定期間中直接路の信号に干
渉しないようにする。
トランスジューサの方向性を調整して、測定管を通ら
ない信号のパワーを最小とすることができる。
ない信号のパワーを最小とすることができる。
流量計を通る体積流速は測定速度から求められる。速
度が流れの横断面にわたって均一であれば、体積流速は
簡単に次式から求められる。
度が流れの横断面にわたって均一であれば、体積流速は
簡単に次式から求められる。
Ｑ＝UA ここでＱは体積流速、Ｕは一様な流速、そしてＡは流
れ域の横断面積である。
れ域の横断面積である。
しかし、粘性効果のため速度は不均一であり、そして
円形パイプにおいては入口から広がる放物線状に速度は
分布すると考える。この速度プロフイールは高次の流速
における擾乱の発生によって更に変更される。
円形パイプにおいては入口から広がる放物線状に速度は
分布すると考える。この速度プロフイールは高次の流速
における擾乱の発生によって更に変更される。
これらの条件の下では横断面積と測定された速度とを
掛けただけでは体積流速値は得られない。これを修正す
る必要がある。
掛けただけでは体積流速値は得られない。これを修正す
る必要がある。
不都合なことに、パイプ内の速度プロフイールは多く
の変数の関数であって、非線形の振る舞いをする。普通
の平均の方法によってこの欠点を修正しようとしても、
費用かかかり、実際には精度も悪い。
の変数の関数であって、非線形の振る舞いをする。普通
の平均の方法によってこの欠点を修正しようとしても、
費用かかかり、実際には精度も悪い。
この流量計は平面音波の集積特性を利用する。管を通
る平面波は管内の流れのため位相シフトを生じる「トラ
ンジット・タイム超音波流量計の理論」（ジェイ・ヘン
プ、クランフイールド インスティチュート オヴ テ
クノロジ、1981年７月27日、142頁ないし144頁）に記載
されているように、ある流れと音響条件の下ではこの位
相シフトは流速だけに比例する。
る平面波は管内の流れのため位相シフトを生じる「トラ
ンジット・タイム超音波流量計の理論」（ジェイ・ヘン
プ、クランフイールド インスティチュート オヴ テ
クノロジ、1981年７月27日、142頁ないし144頁）に記載
されているように、ある流れと音響条件の下ではこの位
相シフトは流速だけに比例する。
走行時間Δｔを平面音波だけを使って測定することを
保証するには、時間域分離により及び又は測定管のカッ
ト・オフ周波数以下で作動させることにより、高次モー
ドを除去しなければならない。
保証するには、時間域分離により及び又は測定管のカッ
ト・オフ周波数以下で作動させることにより、高次モー
ドを除去しなければならない。
本発明の流量計では流れを計測するのに使用する周波
数において平面波だけを送るように測定管５を設計して
いる。周波数、流速、管壁インピーダンスそしてパイプ
の形状のあらゆる組み合わせに対してカット・オフ周波
数があって、それ以下では音が第１モード即ち平面波と
してのみ進行する。
数において平面波だけを送るように測定管５を設計して
いる。周波数、流速、管壁インピーダンスそしてパイプ
の形状のあらゆる組み合わせに対してカット・オフ周波
数があって、それ以下では音が第１モード即ち平面波と
してのみ進行する。
カット・オフ周波数より高い周波数では高次のモード
が進行し、様々なモードが異なる群速度で進行する。こ
の速度における差を利用して、時間領域で進行モード間
で区別することによって平面波伝送を隔離できる。
が進行し、様々なモードが異なる群速度で進行する。こ
の速度における差を利用して、時間領域で進行モード間
で区別することによって平面波伝送を隔離できる。
円形パイプにおいてカット・オフ周波数に対する支配
的なパラメータはパイプ直径である。そこで、問題をカ
ット・オフ直径として考えることができる。カット・オ
フ直径を定義すると、その直径以下では所与の周波数で
平面波としての音だけが進行できる直径をいう。
的なパラメータはパイプ直径である。そこで、問題をカ
ット・オフ直径として考えることができる。カット・オ
フ直径を定義すると、その直径以下では所与の周波数で
平面波としての音だけが進行できる直径をいう。
カット・オフ周波数とカット・オフのパイプ寸法との
間の関係はほぼ線形であって、この関係を正確に知る必
要はない。完全に剛性な円形パイプに対して、この要件
は、結局0.586λより小さい直径を使用するということ
になる。ここでλは自由空間を進行する信号の波長であ
る。この要件は、もし粘性ダンピング、壁の屈曲性そし
て表面の質を考えると緩和してもよい。これらすべての
アスペクトが高次のモードの進行を制限もしくは阻止す
るように作用して、この計算されたカット・オフ周波数
以上でパイプ内では平面波のみを進行させれることにな
る。例えば、音響吸収材でパイプを裏打ちして、高次モ
ードの反射を効果的に吸収させてそれらの伝播を阻止す
るよう設計することもできる。
間の関係はほぼ線形であって、この関係を正確に知る必
要はない。完全に剛性な円形パイプに対して、この要件
は、結局0.586λより小さい直径を使用するということ
になる。ここでλは自由空間を進行する信号の波長であ
る。この要件は、もし粘性ダンピング、壁の屈曲性そし
て表面の質を考えると緩和してもよい。これらすべての
アスペクトが高次のモードの進行を制限もしくは阻止す
るように作用して、この計算されたカット・オフ周波数
以上でパイプ内では平面波のみを進行させれることにな
る。例えば、音響吸収材でパイプを裏打ちして、高次モ
ードの反射を効果的に吸収させてそれらの伝播を阻止す
るよう設計することもできる。
本発明の流量計の測定管５の全体の直径はその選定さ
れた作動周波数のカット・オフ直径よりも遙に大きい。
しかし、それを複数の軸方向に延びる通路に分割して、
それぞれの通路の直径を40キロヘルツでのカット・オフ
直径以下にする。図５に示す参考用の測定管５の横断面
で見れば多数の通路51、52、53が詰まった構造となって
いる。通路51、52、53間の隙間33は塞がれている。この
ことによる利点は流速を低く抑えて、流れ抵抗を小さく
するということである。それはまた、流れノイズを低減
し、そしてその方法の精度を改善する。
れた作動周波数のカット・オフ直径よりも遙に大きい。
しかし、それを複数の軸方向に延びる通路に分割して、
それぞれの通路の直径を40キロヘルツでのカット・オフ
直径以下にする。図５に示す参考用の測定管５の横断面
で見れば多数の通路51、52、53が詰まった構造となって
いる。通路51、52、53間の隙間33は塞がれている。この
ことによる利点は流速を低く抑えて、流れ抵抗を小さく
するということである。それはまた、流れノイズを低減
し、そしてその方法の精度を改善する。
図５に示すきっちり詰め込んだ構造と対照的な、図６
もしくは図７の構造が好ましい。図６の隙間33は塞がれ
ていて、流体を含まない。図６と図７とに示す構造は図
５のきっちり詰め込んだ構造とは以下のように対照させ
てよい。トランスジューサとトランスジューサとを結ぶ
中心の軸線32を図５乃至図７に示し、この軸線は紙面に
垂直である。参考用の図５の通路51、52、53は中心線32
から半径方向に異なる距離にある。このことにより異な
る流れと音の路を各通路がサンプルすることになる。対
照的に、図６におけるすべての通路、例えば61、62そし
て図７における例えば71、72は中心線32から等しい半径
方向の距離にある。これらの通路における流れと音の路
は同じであって、そしてこのことが誤差を少なくさせ
る。
もしくは図７の構造が好ましい。図６の隙間33は塞がれ
ていて、流体を含まない。図６と図７とに示す構造は図
５のきっちり詰め込んだ構造とは以下のように対照させ
てよい。トランスジューサとトランスジューサとを結ぶ
中心の軸線32を図５乃至図７に示し、この軸線は紙面に
垂直である。参考用の図５の通路51、52、53は中心線32
から半径方向に異なる距離にある。このことにより異な
る流れと音の路を各通路がサンプルすることになる。対
照的に、図６におけるすべての通路、例えば61、62そし
て図７における例えば71、72は中心線32から等しい半径
方向の距離にある。これらの通路における流れと音の路
は同じであって、そしてこのことが誤差を少なくさせ
る。
すべてこれらの例においてｑn/Qの比は、Ｑのすべて
の値に対して一定である。ここでｑnは計測している通
路の体積流速であり、そしてＱは入口室６と出口室７と
の間の全体積流速である。ｑnを測定してＱの値を求め
る。
の値に対して一定である。ここでｑnは計測している通
路の体積流速であり、そしてＱは入口室６と出口室７と
の間の全体積流速である。ｑnを測定してＱの値を求め
る。
図８に別の流れ通路を（断面で）示す。環状流路82は
流体を含み、そして太い棒の形の中心のソリッド部分を
包囲している。この部分81はその包囲構造体内で羽根
（図示せず）によって支えられている。距離ｄはカット
・オフ直径以下であってラジアル オフ・アクシス モ
ード（radial off−axis mode）を抑制する。
流体を含み、そして太い棒の形の中心のソリッド部分を
包囲している。この部分81はその包囲構造体内で羽根
（図示せず）によって支えられている。距離ｄはカット
・オフ直径以下であってラジアル オフ・アクシス モ
ード（radial off−axis mode）を抑制する。
サーカムファレンシアル オフ・アクシス モード
（circumfrential off−axis mode）は、円周に沿って
の送受信応答を確実に等しくすることによって抑制され
る。これはトランスジューサの適正な設計によって達成
される。
（circumfrential off−axis mode）は、円周に沿って
の送受信応答を確実に等しくすることによって抑制され
る。これはトランスジューサの適正な設計によって達成
される。
図には示していないが、図８と図５との構成を様々に
組み合わせることもできる。
組み合わせることもできる。
図９に適当なタイプのトランスジューサの一例を示
す。この例では、環状流路82は圧電トランスジューサ13
0が放出する波の環状域をサンプルする。トランスジュ
ーサを構成している圧電要素133は図９の断面図に示す
金属円板131へ接着されている。図10の平面図に示すよ
うに、圧電要素133は141で示すように「半径」モードで
振動し、それによって金属円板は図９に破線132で示す
ように振動する。
す。この例では、環状流路82は圧電トランスジューサ13
0が放出する波の環状域をサンプルする。トランスジュ
ーサを構成している圧電要素133は図９の断面図に示す
金属円板131へ接着されている。図10の平面図に示すよ
うに、圧電要素133は141で示すように「半径」モードで
振動し、それによって金属円板は図９に破線132で示す
ように振動する。
環状流路に使用するのに適したトランスジューサの第
２の例を図12に示す。このトランスジューサの構成は、
図11に示す普通の永久磁石・可動コイルの拡声器と同じ
である。永久磁石141には142で示すように磁束が通る。
円錐状の膜145に取り付けたコイル143は、それに流れる
電流に応答して永久磁石141の磁極間の環状空間146の磁
界内で147で示すように振動する。
２の例を図12に示す。このトランスジューサの構成は、
図11に示す普通の永久磁石・可動コイルの拡声器と同じ
である。永久磁石141には142で示すように磁束が通る。
円錐状の膜145に取り付けたコイル143は、それに流れる
電流に応答して永久磁石141の磁極間の環状空間146の磁
界内で147で示すように振動する。
図12のトランスジューサでは、極片152、153は先細り
となっていてそれらの極片間の磁界を増大させている。
軽量の、非伝導性の支持膜154の表面に螺旋状に導電コ
イル155を取り付けてある。この螺旋コイルは極片152、
153間の磁界内にあって、コイルを流れる電流に応答し
て振動する。これによって環状の音場157をつくり、こ
の音場が環状流路82に入力され、そしてそれは所要通り
円周上では変化しない。距離159が約λ/2であることが
好ましく、ここでλは気体内の音の波長である。
となっていてそれらの極片間の磁界を増大させている。
軽量の、非伝導性の支持膜154の表面に螺旋状に導電コ
イル155を取り付けてある。この螺旋コイルは極片152、
153間の磁界内にあって、コイルを流れる電流に応答し
て振動する。これによって環状の音場157をつくり、こ
の音場が環状流路82に入力され、そしてそれは所要通り
円周上では変化しない。距離159が約λ/2であることが
好ましく、ここでλは気体内の音の波長である。
図13が断面で示す更に別の流路はｈ×ｗ（ｗはｈより
遙に大きい）の寸法のスロット121を備えている。（図
８と図10に示すように流体は紙面に流れ込む）ｈはカッ
ト・オフ直径以下であり、そしてｗ方向におけるオフ・
アクシスモード（off−axis mode）は環状通路の場合の
ように、トランスジューサの適正設計により抑制され
る。
遙に大きい）の寸法のスロット121を備えている。（図
８と図10に示すように流体は紙面に流れ込む）ｈはカッ
ト・オフ直径以下であり、そしてｗ方向におけるオフ・
アクシスモード（off−axis mode）は環状通路の場合の
ように、トランスジューサの適正設計により抑制され
る。
この例では、最大平均流速Umax＝Qmax/Aがサブ・サイ
クリックな位相シフト、すなわち〔l/c−Umax−l/c＋Um
ax〕ｆ＜１となるように計測管５の横断面積Ａを選定す
る。ここで、ｆは音波の周波数、ｃは音速そしてｌはト
ランスジューサとトランスジューサとの間の距離であ
る。
クリックな位相シフト、すなわち〔l/c−Umax−l/c＋Um
ax〕ｆ＜１となるように計測管５の横断面積Ａを選定す
る。ここで、ｆは音波の周波数、ｃは音速そしてｌはト
ランスジューサとトランスジューサとの間の距離であ
る。
このことが流量計の線形性を改善し、そして測定を容
易にする。分析により言えることは、流れに起因する位
相シフトΔθをΔθ＜πに減少することが流速プロフイ
ルから測定を独立させ、流量計の線形性を増大させるこ
とを確実にする。位相シフトをサブ・サイクリックに保
つことによって上流と下流とで同じ捕捉窓を使用でき、
そしてそれによりトランスジューサの応答／始動に対す
る感度を減少させれる。しかしながら、サブ・サイクリ
ック位相シフトをつくらない面積Ａを使用して完全に許
容できる性能を達成している。
易にする。分析により言えることは、流れに起因する位
相シフトΔθをΔθ＜πに減少することが流速プロフイ
ルから測定を独立させ、流量計の線形性を増大させるこ
とを確実にする。位相シフトをサブ・サイクリックに保
つことによって上流と下流とで同じ捕捉窓を使用でき、
そしてそれによりトランスジューサの応答／始動に対す
る感度を減少させれる。しかしながら、サブ・サイクリ
ック位相シフトをつくらない面積Ａを使用して完全に許
容できる性能を達成している。
フロントページの続き (72)発明者 デイビス，クリストファー イギリス国 ケンブリッジ シービー４ ５エスエル， フェン ドレイトン, クーテス レーン 37 (72)発明者 フライヤー，クリストファー ジェーム ス ニュートン イギリス国 バッキンガムシャー， ワ ーバーン サンズ， チャペル ストリ ート 12 (72)発明者 ワハ，アレイン ヘンリ イギリス国 スタンステッド モントフ ィチェット シーエム24 ８エーユー, サニーサイド 21 (56)参考文献 特表 平２−502757（ＪＰ，Ａ) 米国特許4365518（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/66
Claims (6)
- 【請求項１】流体の流れる方向に離して配置した一対の
トランスジューサ8,9と、流体を通して両方向に音響信
号がトランスジューサによって送られるようにする送信
手段20と、トランスジューサが受信する音響信号の走行
時間を監視することにより流体の流れに関する情報を決
定する処理手段22とを備え、トランスジューサとトラン
スジューサとの間の空間の部分が形成する流路は、軸方
向で流れ方向に延びる複数の流路51,52;61,62;71,72;を
有する流れ構造体５から成り、これらの流路の横断面直
径及び送信手段が送出する音響信号は、実質的に平面音
響波のみを流路の流体が通すように選定されており、さ
らに前記流れ構造体の全ての流路が、流れ方向に沿った
中心軸から半径方向に実質的に等間隔に配置されてい
て、作動時にそれぞれの流路が同じ量の音響信号をサン
プルするようにした流量計。 - 【請求項２】入口室６に接線方向に流体を注入し、その
入口室に流路の軸方向に実質的な速度成分を持たない回
転流れをつくる請求項１に記載の流量計。 - 【請求項３】流路が、実質的に円形横断面を有し、且
つ、流路間の隙間33を塞いでこれらの隙間に沿って流体
が流れないようにした請求項１または２に記載の流量
計。 - 【請求項４】流れ構造体が到来音波に対してそれぞれの
角度の付いた面11を呈する請求項１ないし３のいずれか
に記載の流量計。 - 【請求項５】前記送信手段が、前記流れ構造体の両端に
配置した一対のトランスジューサを有し、このトランス
ジューサと流れ構造体が同軸上に配置されている請求項
１ないし４のいずれかに記載の流量計。 - 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のガス
流量計。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9301873.7 | 1993-01-30 | ||
| GB939301873A GB9301873D0 (en) | 1993-01-30 | 1993-01-30 | Method and apparatus for fluid flow metering |
| GB9316001A GB2275108A (en) | 1993-01-30 | 1993-08-02 | Fluid flow meter |
| GB9316001.8 | 1993-08-02 | ||
| PCT/GB1994/000157 WO1994017372A1 (en) | 1993-01-30 | 1994-01-27 | Fluid flow meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08512126A JPH08512126A (ja) | 1996-12-17 |
| JP3283519B2 true JP3283519B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=26302363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51683194A Expired - Fee Related JP3283519B2 (ja) | 1993-01-30 | 1994-01-27 | 流量計 |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5777237A (ja) |
| EP (2) | EP0681685B1 (ja) |
| JP (1) | JP3283519B2 (ja) |
| CN (1) | CN1116877A (ja) |
| AU (2) | AU678807B2 (ja) |
| CZ (1) | CZ188195A3 (ja) |
| DE (2) | DE69417543T2 (ja) |
| ES (1) | ES2131672T3 (ja) |
| FR (4) | FR2701111A1 (ja) |
| HU (1) | HUT73364A (ja) |
| PL (1) | PL173732B1 (ja) |
| SK (1) | SK95995A3 (ja) |
| WO (2) | WO1994017371A1 (ja) |
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