JP3550186B2 - Ultrasonic Doppler flow meter - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は超音波ドプラー流量計の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
下水の流量を測定するのに超音波ドプラー流量計が使われている。
ドプラー効果を利用した超音波流量計、つまり超音波ドプラー流量計は、流水中の固形浮遊物や気泡に向って超音波を発射し、その反射波の周波数が流体の速度に比例して偏移(シフト)することから、シフト周波数を利用して流体の流速や流量を計測する。
【0003】
このような測定法はドプラー法と略称されて、下水、排水の計測に活用されている(日刊工業新聞社、昭和54年発行、流量計測ハンドブック、P243〜246、P260〜263参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
下水の流量測定に超音波ドプラー流量計を利用する場合、流速が大きい場合には、気体巻込みによる気泡や、固形浮遊物が流体中に多く含まれて流されるため、これらの気泡や固形浮遊物に超音波が良好に反射されて大きなドプラー信号が得られる。
【0005】
しかし、流速が低下すると、気泡が抜け、固形浮遊物も沈澱するため、超音波を反射する反射物が流体中に浮遊しなくなる。そのため、超音波の反射が少なくなって、良好なドプラー信号が得られず、計測できる流量範囲がせまくなるという問題点があった。
【0006】
そこで本発明は、かかる問題点を解消して、小流量域の流量でも確実に計測できる下水・排水等の流量計測に好適な超音波ドプラー流量計を提供することを目的とする。
【0007】
なお、本発明の超音波ドプラー流量計は、後述するように、下水や排水の計測に限らず、上水や中水等のように水質の良い流体の計測にも活用できる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1の超音波ドプラー流量計は、超音波送受信子(3)が設置されている位置のすぐ上流側に近接配置され、管路底部に開口している気泡発生手段としてのノズル(5)を備え、
該ノズル(5)に空気を圧送するポンプ(6)を連通し、
超音波送受信子(3)と気泡発生手段としてのノズル(5)とが一体に形成されていて、
超音波送受信子(3)から送信される信号が流体の下流側へ向けて発射され、
計測部を管路底部へ設置することを特徴とする。
【0009】
ポンプ(6)が空気を圧送してノズル(5)から流体中に気泡を噴出する。管路底部に開口するノズル(5)から発生した気泡は上昇しながら流体の流れに乗って下流に流れる。超音波送受信子(3)から発射された超音波は流体中の気泡に当って反射し、流体の速度に比例したシフト周波数を生じるので、このシフト周波数に基づいて流速又は流量を計測する。
【0010】
請求項2の発明は、超音波送受信子(3)と気泡発生手段(10)とが一体に形成されていて、
気泡発生手段(10)が超音波送受信子(3)のすぐ上流側に近接配置されており、
超音波送受信子(3)から送信される信号が流体の下流側へ向けて発射され、
気泡発生手段が超音波振動子(10)であって、
計測部を管路底部へ設置することを特徴とする超音波ドプラー流量計である。
【0012】
請求項3の発明は、請求項2記載の超音波ドップラー流量計において、気泡発生手段が超音波振動子(10)であって、この超音波振動子(10)が、ドプラー信号を計測するための前記超音波送受信子(3)が扱う超音波の周波数とかけ離れている周波数で励振されることを特徴とする。
【0015】
超音波送受信子(3)と気泡発生手段(10)とが一体に形成されているので、流体中への設置が同時にできる。
【0020】
【実施例】
図1は本発明の第1実施例である。
管路1内を水面2を有する下水(流体)が図示右方向へ流れている。流速測定用の超音波流速計4は、下流側に向けて測定用の超音波を発射する超音波送受信子3と気泡発生手段としてのノズル5が一体的に形成してある。
【0021】
ノズル5は、超音波送受信子3のすぐ上流側に近接配置されている。
ポンプ6で圧送された空気は、ノズル5から流体中に噴出されて多数の気泡7となり、流れに乗って下流(図示右方)へ流れる。超音波振動子3から符号8で示すように指向性をもって発射された超音波は流れに乗って移動する気泡に当って反射し、そのシフト周波数に基いて流速や流量が演算計測される。
【0022】
8は超音波送受信子3から発射される超音波の指向性を示す。9は水位測定用の超音波水位計である。なお、超音波送受信子3は、送信子と受信子とが並置されて構成されている。
図2は本発明の第2実施例である。
この実施例で、前記第1実施例と同一の部分は同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0023】
この第2実施例は図1の第1実施例と比較して、気泡発生手段がノズル5の代りに超音波振動子10であって、この超音波振動子を超音波送受信子3で扱う超音波信号の周波数と大きくかけ離れた周波数の強力な超音波電力で励振することで、流体中に気泡7を発生させている。
【0024】
【発明の効果】
本発明の超音波ドプラー流量計は上述のように構成されているので、下水の計測において流速が小さくて、空気の巻込みによる気泡や、固形浮遊物が流体中に少ないときでも、気泡発生手段によって多量の気泡が強制的に発生するため、この気泡に超音波が反射して大きなドプラー信号が得られる。
【0025】
そのため小流量域まで下水の計測範囲を広げて下水用として実用化することができた。
また、中〜大流量域において、下水に大量の雨水が流入して、固形浮遊物の割合が少なくなった場合でも効果的にドプラー信号が得られるため流速の測定が不安定になったり、困難になることがない。
【0026】
更に又、中水や上水等のように水質の良い流体の計測にも有効である。
本願の発明では、ノズルから噴出する空気流や超音波振動子(10)からの気泡で沈澱物を吹きとばして、すぐ下流の超音波送受信子上に沈澱物が堆積するのを防止でき、流量計の信頼性が向上する。
【0027】
そして、流体中に噴出するのは、空気やそれ自体の気泡で無害であるため、安全性の問題を生じない。
また、請求項2,3の発明では、ポンプのような寿命に影響する可動部を有しないので、その面から信頼性が向上する。
【0028】
また、気泡発生用の超音波振動子(10)を励振する信号と、超音波送受信子(3)が扱う信号とが干渉する虞れがない。
更にまた、本願発明では、計測部を管路底部へ設置するのが容易になる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の縦断面略図。
【図2】 本発明の第2実施例の縦断面略図。
【符号の説明】
1 管路
2 水面
3 超音波送受信子
5 気泡発生手段としてのノズル
6 ポンプ
7 気泡
10 気泡発生手段としての超音波振動子[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to improvements in ultrasonic Doppler flow meters.
[0002]
[Prior art]
Ultrasonic Doppler flow meters are used to measure sewage flow.
Ultrasonic flowmeters that use the Doppler effect, that is, ultrasonic Doppler flowmeters, emit ultrasonic waves toward solid suspended solids and bubbles in flowing water, and the frequency of the reflected wave shifts in proportion to the velocity of the fluid (Shift), the flow velocity and flow rate of the fluid are measured using the shift frequency.
[0003]
Such a measuring method is abbreviated as the Doppler method and is used for measuring sewage and drainage (see Nikkan Kogyo Shimbun, published in 1979, flow measurement handbook, pages 243 to 246, pages 260 to 263).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When using an ultrasonic Doppler flow meter to measure the flow rate of sewage, if the flow rate is high, air bubbles and solid suspended solids are contained in the fluid, and these air bubbles and solid floating The ultrasonic wave is reflected well on the object, and a large Doppler signal is obtained.
[0005]
However, when the flow rate is reduced, the bubbles are removed and the solid suspended matter is also precipitated, so that the reflector that reflects the ultrasonic wave does not float in the fluid. For this reason, there has been a problem that the reflection of the ultrasonic wave is reduced, a good Doppler signal cannot be obtained, and a measurable flow rate range becomes narrow.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic Doppler flowmeter suitable for measuring the flow rate of sewage and drainage, which can reliably measure even a flow rate in a small flow rate area, by solving such a problem.
[0007]
The ultrasonic Doppler flow meter of the present invention can be used not only for measuring sewage and drainage, but also for measuring high-quality fluids such as clean water and medium water, as described later.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the ultrasonic Doppler flowmeter according to claim 1, which is disposed close to and immediately upstream of a position where the ultrasonic transceiver (3) is installed, and is open to the bottom of the pipeline. A nozzle (5) as generating means,
A pump (6) for pumping air to the nozzle (5) is communicated ,
An ultrasonic transmitter / receiver (3) and a nozzle (5) as a bubble generating means are integrally formed,
A signal transmitted from the ultrasonic transceiver (3) is emitted toward the downstream side of the fluid,
The measurement unit is installed at the bottom of the pipeline .
[0009]
A pump (6) pumps air to eject air bubbles into the fluid from the nozzle (5). Bubbles generated from the nozzle (5) opening at the bottom of the pipeline flow downstream while riding on the flow of fluid while rising. The ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transmitter / receiver (3) are reflected by bubbles in the fluid and are reflected to generate a shift frequency proportional to the velocity of the fluid. Therefore, the flow velocity or the flow rate is measured based on the shift frequency.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, the ultrasonic transceiver (3) and the bubble generating means ( 10 ) are integrally formed,
A bubble generating means ( 10 ) is disposed immediately upstream of the ultrasonic transceiver (3),
A signal transmitted from the ultrasonic transceiver (3) is emitted toward the downstream side of the fluid,
The bubble generating means is an ultrasonic vibrator (10),
An ultrasonic Doppler flowmeter, wherein a measuring unit is installed at the bottom of a pipeline.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic Doppler flowmeter according to the second aspect, the bubble generating means is an ultrasonic vibrator (10), and the ultrasonic vibrator (10) measures a Doppler signal. (3) is excited at a frequency far from the frequency of the ultrasonic wave handled by the ultrasonic transceiver (3).
[0015]
Since the ultrasonic transmitter / receiver (3) and the bubble generating means (10) are integrally formed, they can be installed in a fluid at the same time.
[0020]
【Example】
Figure 1 is a first embodiment of the present invention.
Sewage (fluid) having a
[0021]
The
The air pumped by the pump 6 is jetted out of the
[0022]
Reference numeral 8 denotes the directivity of the ultrasonic wave emitted from the
Figure 2 is a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0023]
The second embodiment differs from the first embodiment in FIG. 1 in that the bubble generating means is an
[0024]
【The invention's effect】
Since the ultrasonic Doppler flow meter of the present invention is configured as described above, the flow rate is small in the measurement of sewage, and air bubbles and solid suspended matters are small even in the fluid due to the entrainment of air. As a result, a large amount of bubbles are forcibly generated, and ultrasonic waves are reflected on the bubbles, thereby obtaining a large Doppler signal.
[0025]
Therefore, the measurement range of sewage was extended to a small flow rate range, and it was practically used for sewage.
In addition, in the middle to large flow area, even when a large amount of rainwater flows into the sewage and the ratio of solid suspended matter decreases, the Doppler signal can be obtained effectively, so that the measurement of the flow velocity becomes unstable or difficult. Never be.
[0026]
Furthermore, it is also effective for measuring a fluid having good water quality such as medium water or clean water.
According to the invention of the present application, the deposit can be prevented from being deposited on the ultrasonic transmitter / receiver immediately downstream by blowing the precipitate by the air flow ejected from the nozzle or the bubble from the ultrasonic transducer (10). The reliability of the meter is improved.
[0027]
Injecting into the fluid is harmless by air or its own air bubbles, so that there is no safety problem.
Further, in the second and third aspects of the present invention, since there is no movable portion that affects the life like a pump, the reliability is improved in that aspect.
[0028]
Further, there is no possibility that the signal for exciting the ultrasonic transducer (10) for generating bubbles and the signal handled by the ultrasonic transceiver (3) may interfere with each other.
Furthermore, in the present invention, there is an advantage that it is easy to install the measuring unit at the bottom of the pipeline.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
該ノズル(5)に空気を圧送するポンプ(6)を連通し、
超音波送受信子(3)と気泡発生手段としてのノズル(5)とが一体に形成されていて、
超音波送受信子(3)から送信される信号が流体の下流側へ向けて発射され、
計測部を管路底部へ設置することを特徴とする超音波ドプラー流量計。A nozzle (5) as a bubble generating means, which is disposed immediately upstream of the position where the ultrasonic transmitter / receiver (3) is installed, and is open at the bottom of the pipeline;
A pump (6) for pumping air to the nozzle (5) is communicated ,
An ultrasonic transmitter / receiver (3) and a nozzle (5) as a bubble generating means are integrally formed,
A signal transmitted from the ultrasonic transceiver (3) is emitted toward the downstream side of the fluid,
An ultrasonic Doppler flow meter, wherein a measuring unit is installed at the bottom of a pipeline .
気泡発生手段(10)が超音波送受信子(3)のすぐ上流側に近接配置されており、
超音波送受信子(3)から送信される信号が流体の下流側へ向けて発射され、
気泡発生手段が超音波振動子(10)であって、
計測部を管路底部へ設置することを特徴とする超音波ドプラー流量計。The ultrasonic transceiver (3) and the bubble generating means ( 10 ) are integrally formed,
A bubble generating means ( 10 ) is disposed immediately upstream of the ultrasonic transceiver (3),
A signal transmitted from the ultrasonic transceiver (3) is emitted toward the downstream side of the fluid,
The bubble generating means is an ultrasonic vibrator (10),
An ultrasonic Doppler flow meter, wherein a measuring unit is installed at the bottom of a pipeline.
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JP20214194A JP3550186B2 (en) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | Ultrasonic Doppler flow meter |
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JPH0862007A JPH0862007A (en) | 1996-03-08 |
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1994
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