JPH028245B2 - - Google Patents
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- JPH028245B2 JPH028245B2 JP58007279A JP727983A JPH028245B2 JP H028245 B2 JPH028245 B2 JP H028245B2 JP 58007279 A JP58007279 A JP 58007279A JP 727983 A JP727983 A JP 727983A JP H028245 B2 JPH028245 B2 JP H028245B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- 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
- G01F1/05—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 using mechanical effects
- G01F1/20—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3282—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting variations in infrasonic, sonic or ultrasonic waves, due to modulation by passing through the swirling fluid
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波式渦流量計に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeter.
カルマン渦の周波数が流速に比例することを利
用した渦流量計は広く利用されている。 Vortex flowmeters, which utilize the fact that the frequency of Karman vortices is proportional to flow velocity, are widely used.
渦流量計は流路を形成する管内に渦発生体が設
置され、上記渦発生体の上流側から流入した流体
は上記渦発生体の下流側に流出するが、流体の流
れに応じて上記渦発生体の左右にはカルマン渦が
発生することになる。 In a vortex flowmeter, a vortex generator is installed in a pipe that forms a flow path, and the fluid that flows in from the upstream side of the vortex generator flows out to the downstream side of the vortex generator. Karman vortices will be generated on the left and right sides of the generator.
而して、上記発生したカルマン渦を測定するこ
とによつて、流体の流量または流速を測定するこ
とができる。 By measuring the generated Karman vortices, the flow rate or flow velocity of the fluid can be measured.
例えば、従来公知の渦流量計としては、実公昭
57−25141号によつて開示されたものがある。 For example, as a conventionally known vortex flowmeter,
There is one disclosed by No. 57-25141.
これは超音波発振器が管路を横切るように超音
波を発射し、これを受信した超音波受信器からの
受信器の位相と出力波の位相を適宜フエイズシフ
ターによ移相したものを位相比較器により比較す
るように構成したものであり、上記位相比較器の
出力の直流成分によりフエイズシフターのシフト
量を適切に制御すると共に、その交流成分をカル
マン渦信号として取り出すもである。 In this method, an ultrasonic oscillator emits ultrasonic waves across the pipe, and the phase of the receiver and the phase of the output wave from the ultrasonic receiver that receives the ultrasonic waves are shifted appropriately using a phase shifter. The phase shifter is configured to perform comparison using a comparator, and the shift amount of the phase shifter is appropriately controlled by the DC component of the output of the phase comparator, and the AC component is extracted as a Karman vortex signal.
この渦流量計は利得は高いものの、検波範囲が
狭く、特に、大流量時に於て渦流量が増加し位相
変調が深くなると、位相変化が検波回路の動作範
囲を越えてしまい流量計測が困難になり、しかも
その構成が複雑である等の問題点を有していた。 Although this vortex flow meter has a high gain, the detection range is narrow, and when the vortex flow rate increases and the phase modulation becomes deeper, especially at large flow rates, the phase change exceeds the operating range of the detection circuit, making it difficult to measure the flow rate. Moreover, it has problems such as its complicated structure.
本発明は叙上の観点にたつてなされたものであ
つて、その目的とするところは、従来の位相検波
出力を計数する渦流量計の欠点を改善し、大流量
時に於て渦流量が増加した場合にも流量計測を行
うことができ、しかも構成が簡単であると共に、
誤差が少なく、常に正確な流量計測を行うことが
可能な超音波式渦流量計を提供しようとするもの
である。 The present invention has been made based on the above-mentioned viewpoints, and its purpose is to improve the drawbacks of conventional vortex flowmeters that count phase detection output, and to increase the vortex flow rate during large flow rates. It is possible to measure the flow rate even when
The present invention aims to provide an ultrasonic vortex flow meter that has few errors and can always perform accurate flow measurement.
而して、その要旨とするところは、流路を形成
する管路と、上記管路内に設けられた渦発生体
と、発生する渦列を横切るよう超音波を発射し得
る超音波発信器と、上記渦列を横切つた超音波を
受信する超音波受信器と、上記超音波受信器の後
段に接続され、その受信波を位相検波する位相検
波回路と、上記位相検波回路の後段に接続され、
その出力信号を平滑化するローパスフイルタと、
上記超音波発振器の出力を入力とし、その入力に
対し所望の位相差を有する出力波を発生する電圧
制御移相器と、上記ローパスフイルタの後段に接
続され、上記位相検波回路の出力を常に零または
動作点の中心になるように上記電圧制御移相器の
制御量を制御するサーボ制御器とにより構成する
ことにある。 The gist of this article is to provide a conduit that forms a flow path, a vortex generator provided within the conduit, and an ultrasonic transmitter capable of emitting ultrasonic waves across the generated vortex array. , an ultrasonic receiver that receives the ultrasonic waves that have crossed the vortex array, a phase detection circuit that is connected after the ultrasonic receiver and detects the phase of the received wave, and a phase detection circuit that is connected after the ultrasonic receiver and detects the phase of the received wave; connected,
a low-pass filter that smoothes the output signal;
A voltage-controlled phase shifter receives the output of the ultrasonic oscillator as an input and generates an output wave having a desired phase difference with respect to the input, and a voltage-controlled phase shifter is connected after the low-pass filter to always keep the output of the phase detection circuit at zero. Alternatively, the voltage controlled phase shifter may be configured with a servo controller that controls the control amount of the voltage controlled phase shifter so as to center the operating point.
以下、図面により本発明の詳細を具体的に説明
する。 Hereinafter, the details of the present invention will be specifically explained with reference to the drawings.
図面は、本発明にかかる超音波式渦流量計の一
実施例を示す説明図である。 The drawing is an explanatory diagram showing one embodiment of the ultrasonic vortex flowmeter according to the present invention.
而して、第１図中、１はその内部に軸直角断面
が円形の流路を有するパイプ、２は上記パイプ１
内に設置された渦発生体、３は上記渦発生体２に
より発生したカルマン渦、４は発振回路、５は上
記カルマン渦３を横切るように超音波を発射し得
る超音波発信器、６は上記カルマン渦３を横切つ
た超音波を受信する超音波受信器、７は上記超音
波受信器６の出力信号を増幅する増幅器、８は上
記増幅器７の出力信号を位相検波する位相検波回
路、９はローパスフイルタ、１０は上記発振回路
４の入力に対し所望の位相差を有する出力を発生
する電圧制御移相器、１１は上記ローパスフイル
タ９の後段に接続され、上記位相検波回路８の出
力を常に零または動作点の中心になるように上記
電圧制御移相器１０の制御量を制御するサーボ制
御器である。 In FIG. 1, 1 is a pipe having a flow passage whose cross section perpendicular to the axis is circular, and 2 is the pipe 1.
3 is a Karman vortex generated by the vortex generator 2; 4 is an oscillation circuit; 5 is an ultrasonic transmitter capable of emitting ultrasonic waves across the Karman vortex 3; An ultrasonic receiver that receives the ultrasonic waves that have crossed the Karman vortex 3; 7, an amplifier that amplifies the output signal of the ultrasonic receiver 6; 8, a phase detection circuit that phase-detects the output signal of the amplifier 7; 9 is a low-pass filter; 10 is a voltage-controlled phase shifter that generates an output having a desired phase difference with respect to the input of the oscillation circuit 4; 11 is connected after the low-pass filter 9; This is a servo controller that controls the control amount of the voltage-controlled phase shifter 10 so that the phase shifter 10 is always at zero or at the center of the operating point.
而して、流体の流れによつて、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３が発
生し、これにより、上記渦発生体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３の発生、分離により渦発生体２
の下流側の管軸及び渦発生体に直角な方向の速度
成分はその向きを交互に変化することになる。 Due to the flow of fluid, Karman vortices 3 are generated on the left and right sides of the vortex generator 2 installed in the pipe 1, and as a result, the fluid flowing in from the upstream side of the vortex generator 2 becomes a vortex. It flows out to the downstream side of the generator 2, but due to the generation and separation of the Karman vortex 3, the vortex generator 2
The velocity components in the direction perpendicular to the tube axis and the vortex generator on the downstream side of the vortex generator alternately change their directions.
パイプ１内には発生した上記カルマン渦列３を
横切るように超音波発信器５から周波数および振
幅の一定な超音波が発射されており、上記超音波
は上記カルマン渦３の超音波の伝播方向の速度成
分によつてその位相が変化させられることにな
る。 An ultrasonic wave having a constant frequency and amplitude is emitted from an ultrasonic transmitter 5 into the pipe 1 so as to cross the generated Karman vortex street 3, and the ultrasonic wave is transmitted in the direction of propagation of the ultrasonic wave of the Karman vortex 3. The phase will be changed by the velocity component of .
即ち、カルマン渦３が発生していないときは、
超音波発振器５から発射された超音波は一定速度
で伝播するため位相の変化は生じないが、カルマ
ン渦列３が発生すると上記カルマン渦３の超音波
伝播方向速度成分の影響を受けて伝播速度が変化
し、この結果上記超音波の位相が変動することに
なる。 That is, when Karman vortex 3 is not generated,
The ultrasonic wave emitted from the ultrasonic oscillator 5 propagates at a constant speed, so no change in phase occurs, but when the Karman vortex street 3 is generated, the propagation speed changes due to the influence of the velocity component of the Karman vortex 3 in the ultrasonic propagation direction. changes, and as a result, the phase of the ultrasonic wave changes.
このようにしてその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、増幅回路７
で所定の値まで増幅され、然る後、位相検波回路
８に入力せしめられる。 The ultrasonic wave whose phase has been changed in this way is received by the ultrasonic receiver 6, and the amplification circuit 7
The signal is amplified to a predetermined value and then input to the phase detection circuit 8.
この入力される信号は、超音波受信器６の出力
信号の位相をφ2、上記超音波受信器６の出力信
号の平均位相をφ2′、カルマン渦によつて生じた
変動位相分布を±Δφとすると、φ2＝φ2′±Δφと
なる。 This input signal has the phase of the output signal of the ultrasonic receiver 6 as φ 2 , the average phase of the output signal of the ultrasonic receiver 6 as φ 2 ', and the fluctuating phase distribution caused by the Karman vortex as ±. If Δφ, then φ 2 =φ 2 ′±Δφ.
位相検波回路８には電圧制御移相器１０から上
記位相検波回路８の出力が常に零（または動作点
の中心）となるように位相検波回路８を制御する
信号が入力されていて、増幅回路７からの入力信
号φ2の入力に伴い、上記信号φ2が位相検波され
ることになる。 A signal for controlling the phase detection circuit 8 so that the output of the phase detection circuit 8 is always zero (or the center of the operating point) is input from the voltage-controlled phase shifter 10 to the phase detection circuit 8, and the amplifier circuit With the input of the input signal φ 2 from 7, the phase of the signal φ 2 is subjected to phase detection.
然しながら、上記位相検波回路８は上記電圧制
御移相器１０によつて上述のような制御が行われ
ているので、その位相検波出力はほとんど零に近
いものであるが、上記入力信号φ2は激しく変動
するので制御の遅れ等により多少の偏差信号が発
生する。 However, since the phase detection circuit 8 is controlled as described above by the voltage-controlled phase shifter 10, its phase detection output is almost zero, but the input signal φ 2 is Since it fluctuates rapidly, some deviation signal is generated due to control delay, etc.
この偏差信号は、ローパスフイルタ９を介して
サーボ制御器１１に入力され、サーボ制御器１１
はその偏差を打ち消し上記位相検波回路８の出力
が常に零または動作点の中心となるように制御す
るのである。 This deviation signal is input to the servo controller 11 via the low-pass filter 9, and the servo controller 11
is controlled so that the output of the phase detection circuit 8 is always zero or at the center of the operating point by canceling the deviation.
而して、位相検波回路８はサーボ制御器１１に
よつて制御された電圧制御移相器１０により、常
に、出力が零または動作点の中心で動作するよう
に制御されるので、その制御信号を出力として利
用するとカルマン渦３の検出を常に正確に測定す
ることができるのである。また、大流量時に於て
渦流量が増加し上記位相検波回路８の位相変調が
深くなつたとしても、上記サーボ制御器１１が上
記電圧制御移相器１０を介して迅速に上記位相検
波回路８を零または動作点の中心で動作するよう
に制御するので位相検波回路８の動作範囲の広さ
に拘わらず、確実に渦検出をすることができるの
である。 Since the phase detection circuit 8 is controlled by the voltage controlled phase shifter 10 controlled by the servo controller 11 so that the output always operates at zero or at the center of the operating point, the control signal By using this as an output, it is possible to always accurately detect the Karman vortex 3. Further, even if the eddy flow rate increases and the phase modulation of the phase detection circuit 8 becomes deep during a large flow rate, the servo controller 11 quickly controls the phase detection circuit 8 via the voltage controlled phase shifter 10. Since the phase detection circuit 8 is controlled to operate at zero or at the center of the operating point, it is possible to reliably detect the vortex regardless of the width of the operating range of the phase detection circuit 8.
なお、流体の流量または流速は、サーボ制御器
１１の出力信号が図示されていないバンドパスフ
イルタに入力され、これによりカルマン渦３によ
る変動位相分に基づくカルマン渦信号を得ること
ができる。従つて、上記カルマン渦３による変動
位相分に基づくカルマン渦信号によつて上記流体
の流量または流速を測定することができるのであ
る。 As for the flow rate or flow velocity of the fluid, the output signal of the servo controller 11 is input to a bandpass filter (not shown), whereby a Karman vortex signal based on the phase fluctuation due to the Karman vortex 3 can be obtained. Therefore, the flow rate or flow velocity of the fluid can be measured by the Karman vortex signal based on the phase fluctuation caused by the Karman vortex 3.
本発明は叙上の如く構成されるので、本発明に
かかる超音波式渦流量計による時には、流体中の
カルマン渦による位相変化分のみを検出すると共
に、位相検波回路の出力が常に零（または常に動
作点の中心で動作）となるように自動補正がなさ
れるので、正確な測定値を得ることができ、周波
数変調等を利用して測定する方法と比較してもは
るかに高い出力が得られ、しかもSN比も大であ
り、且つ、高精度の測定を行うことができるので
ある。 Since the present invention is configured as described above, when using the ultrasonic vortex flowmeter according to the present invention, only the phase change due to the Karman vortex in the fluid is detected, and the output of the phase detection circuit is always zero (or Since automatic correction is made so that the sensor always operates at the center of the operating point, accurate measurement values can be obtained and a much higher output can be obtained compared to measurement methods that use frequency modulation, etc. Moreover, it has a high signal-to-noise ratio and can perform highly accurate measurements.
なお、本発明は叙上の実施例に限定されるもの
ではない。即ち、例えば、本実施例に於ては、ロ
ーパスフイルタの出力を直接サーボ制御器に入力
したが、ローパスフイルタの出力を増幅回路で増
幅した後サーボ制御器に入力するように構成して
もよく、また、上記サーボ制御器をサーボ増幅器
とすることも推奨される。その他、超音波発振器
および超音波受信器の構成、その取り付け位置、
位相検波回路および電圧制御移相器の構成等は本
発明の目的の範囲内で自由に設計変更できるもの
であて、本発明はそれらの総てを包摂するもので
ある。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. That is, for example, in this embodiment, the output of the low-pass filter is directly input to the servo controller, but the output of the low-pass filter may be amplified by an amplifier circuit and then input to the servo controller. It is also recommended that the servo controller be a servo amplifier. In addition, the configuration of the ultrasonic oscillator and ultrasonic receiver, their mounting position,
The configurations of the phase detection circuit and the voltage-controlled phase shifter can be freely changed in design within the scope of the object of the present invention, and the present invention encompasses all of them.
図面は、本発明にかかる超音波式渦流量計の一
実施例を示す説明図である。
１……パイプ、２……渦発生体、３……カルマ
ン渦、４……発信回路、５……超音波発信器、６
……超音波受信器、７……増幅器、８……位相検
波回路、９……ローパスフイルタ、１０……電圧
制御移相器、１１……サーボ制御器。
The drawing is an explanatory diagram showing one embodiment of the ultrasonic vortex flowmeter according to the present invention. 1... Pipe, 2... Vortex generator, 3... Karman vortex, 4... Transmission circuit, 5... Ultrasonic transmitter, 6
... Ultrasonic receiver, 7 ... Amplifier, 8 ... Phase detection circuit, 9 ... Low pass filter, 10 ... Voltage control phase shifter, 11 ... Servo controller.
Claims (1)
に流路を介して一対の超音波送受信器を対設し、
渦による超音波信号の位相変化から流速に比例し
た渦信号を求める渦流量計において、発振器によ
り駆動される前記超音波送信器から発信される超
音波信号を受信する前記超音波受信器の出力信号
を検波する位相検波器と、該位相検波器の後段に
接続されるローパスフイルタと、該ローパスフイ
ルタの出力を前記位相検波回路の出力が常に零ま
たは動作点の中心となるように制御するサーボ制
御器と、サーボ制御器の出力信号により前記発信
器駆動信号とは所定の位相差を有する出力信号を
発生してこれを前記位相検波器に入力し前記位相
検波器を最適動作点で動作せしめる電圧制御移送
器とを具備する超音波式渦流量計。1 A pair of ultrasonic transmitters and receivers are installed oppositely through a flow path on the downstream side of the vortex generator inserted into the fluid to be measured,
In a vortex flow meter that obtains a vortex signal proportional to flow velocity from a phase change in the ultrasonic signal due to the vortex, an output signal of the ultrasonic receiver that receives the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transmitter driven by an oscillator. a phase detector that detects the phase detector, a low-pass filter connected to the downstream of the phase detector, and a servo control that controls the output of the low-pass filter so that the output of the phase detector circuit is always zero or at the center of the operating point. and a voltage that generates an output signal having a predetermined phase difference from the oscillator drive signal by the output signal of the servo controller and inputs it to the phase detector to operate the phase detector at the optimum operating point. An ultrasonic vortex flowmeter comprising a controlled transfer device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58007279A JPS59133430A (en) | 1983-01-21 | 1983-01-21 | Ultrasonic vortex street flowmeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58007279A JPS59133430A (en) | 1983-01-21 | 1983-01-21 | Ultrasonic vortex street flowmeter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59133430A JPS59133430A (en) | 1984-07-31 |
| JPH028245B2 true JPH028245B2 (en) | 1990-02-23 |
Family
ID=11661584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58007279A Granted JPS59133430A (en) | 1983-01-21 | 1983-01-21 | Ultrasonic vortex street flowmeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59133430A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56154668A (en) * | 1980-04-30 | 1981-11-30 | Mitsubishi Electric Corp | Velocity of flow measuring device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5725141Y2 (en) * | 1977-08-29 | 1982-05-31 |
-
1983
- 1983-01-21 JP JP58007279A patent/JPS59133430A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56154668A (en) * | 1980-04-30 | 1981-11-30 | Mitsubishi Electric Corp | Velocity of flow measuring device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59133430A (en) | 1984-07-31 |
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