JPH05302935A

JPH05302935A - 流速測定装置

Info

Publication number: JPH05302935A
Application number: JP4131372A
Authority: JP
Inventors: Shoji Jounten; 昭司上運天; Shigeru Aoshima; 滋青島
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】消費電力も小さく、簡単な測定および信号処
理で幅広い流速レンジにおいて高精度の流速測定を可能
とする。【構成】被測定流体１の流れの中にに配置された渦発
生手段２と、この被測定流体１の流れ方向に沿ってある
間隔をあけて配置された渦検出手段４₁，４₂と、この渦
検出手段４₁，４₂を駆動しその出力信号から渦発生手段
２で作られた渦３が渦検出手段４₁，４₂を通過するのに
要する時間を計測することにより被測定流体１の流速を
求める駆動回路５（駆動回路５₁，駆動回路５₂）と、渦
中心検出回路６（渦中心検出回路６₁，渦中心検出回路
６₂）と、時間差測定回路７と、流速演算回路８とから
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流速を広範囲な
流速レンジにおいて長期にわたり高精度で測定する流速
測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被測定流体の流速測定方法の一つとして
Ｔａｇｇｉｎｇ法があり、その中でも種々の方式のもの
が発表されている。トレーサー法は、Ｔａｇｇｉｎｇ法
の中でも最も一般的なものであり、基本原理としては、
流体の流れの中にトレーサーとして異種の物質を入れ、
その物質がある一定区間を移動する時間を測定すること
により、流体の流速を求める方法であり、トレーサーと
しては水に対して食塩水，流体に対して加熱流体，冷却
流体，放射性同位元素，染料，気体に対して加熱流体，
冷却流体，放射性同位元素，二酸化炭素，酸化窒素など
が使用される。

【０００３】また、他のＴａｇｇｉｎｇ法の代表的なも
のとして相関法がある。この基本原理としては、先に述
べたようにトレーサー法が極めてはっきりしたパルスに
近い形でトレーサーを注入し、その移動時間を測定する
のに対して相関法はトレーサーの注入を不規則に行った
り、あるいは流れ自体の持っている不規則な性質を検出
してその信号を利用するものであり、具体的には流れ方
向にある間隔を持って離れている二点において時系列的
な流れの不規則性を測定し、その二点の時系列的な測定
値の相関をとるなどして二点における時間差を求め、流
体の流速を求める方法である。

【０００４】さらにＴａｇｇｉｎｇ法以外では、渦を利
用したという点で共通するカルマン渦流量計がある。こ
れは流れの中に置かれた柱状の渦発生体の左右からの交
互に発生する単位時間当たりの渦の個数が流速に比例す
ることを利用したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の流速測定方法には、種々の問題があった。例え
ば、外部から異種の物質を注入するトレーサー法では、
被測定流体に不純物が混ざることになるため、工業的な
用途ではほとんど使用できず、被測定流体と同一な流体
を加熱あるいは冷却して注入する方法では不純物が混ざ
ることはないが、被測定流体とトレーサーとの浮力の違
いによる誤差は無視できなかった。また、測定流体自体
の一部を加熱あるいは冷却する方法においても、前述し
た被測定流体とトレーサーとの浮力の違いによる誤差の
他に熱の減衰が速いため、発熱体と熱検出器との間ある
いは熱検出器同士の間隔を長くすることができず、測定
精度を上げることが困難であり、また、消費電力が大き
くなるなどの問題があった。

【０００６】また、相関法においても、外部からトレー
サーを注入する方式では、前述と同様な問題があり、ま
た、流れ自体の持っている不規則な乱れ，成分のむら，
濃度の違いなどを利用する方式では信号レベルが低く、
曖昧であるため、測定精度を上げるために信号処理が大
がかりとなるなどの問題があった。

【０００７】さらにカルマン渦流量計においては、低流
速域において前述した単位時間あたりに発生する渦の個
数と流速との比例関係が成立たたず、渦の発生も不安定
になり、流量測定ができなくなるという問題があった。

【０００８】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、外
部からトレーサーを注入する必要がなく、被測定流体と
トレーサーとの浮力の違いによる誤差もなく、消費電力
も小さく、簡単な測定および信号処理で幅広い流速レン
ジにおいて高精度の流速測定を可能にした流速測定装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による流速測定装置は、被測定流体の流
れの中に配置された渦発生手段と、この被測定流体の流
れ方向にある間隔をあけて配置された複数の渦検出手段
と、この渦発生手段で作られた渦が渦検出手段間を通過
するのに要する時間を計測する計測手段とを有して構成
されている。

【００１０】

【作用】本発明においては、渦発生手段で作られた被測
定流体の渦が渦検出手段間を通過するのに要した時間を
計測することにより、被測定流体の流速を求められる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明による流速測定装置の一実施
例による構成を示す図で図１（ａ）は原理を示す図であ
り、図１（ｂ）はそのブロック図である。図１（ａ）に
おいて、１は矢印で示す方向Ｆに流れる被測定流体、２
はこの被測定流体１の流れの中に配置された渦発生手
段、３はこの渦発生手段２により形成された被測定流体
１の渦、４₁，４₂は被測定流体１の流れ方向に沿ってあ
る一定の距離をおいて配置された一対の渦検出手段であ
る。

【００１２】また、図１（ｂ）において、５₁，５₂はそ
れぞれ渦検出手段４₁，４₂に接続された駆動回路、
６₁，６₂はそれぞれ駆動回路５₁，５₂に接続された渦中
心検出回路、７は渦中心検出回路６₁，６₂に接続された
時間差測定回路、８は流速演算回路である。なお、これ
らの駆動回路５（駆動回路５₁，５₂），渦中心検出回路
６（渦中心検出回路６₁，６₂），時間差測定回路７およ
び流速演算回路８は、前述した被測定流体１内に配置さ
れる必要はない。

【００１３】ここで渦検出手段４₁，４₂は、渦３による
流速変化，流れ方向の変化，圧力変化などの何らかの情
報を検出できるセンサなどで構成され、駆動回路５₁，
５₂は、渦検出手段４₁，４₂を駆動させるとともに渦検
出手段４₁，４₂からの信号を出力するための回路であ
り、渦中心検出回路６₁，６₂は、駆動回路５₁，５₂から
出力された信号波形のピークやゼロクロスポイントなど
から渦３の中心を検出するためのものである。

【００１４】また、時間差測定回路７は、渦発生手段２
で発生されたある渦３の中心が第１の渦検出手段４₁を
通過したことを第１の渦中心検出回路６₁で検出した
後、その同じ渦３が第２の渦検出手段４₂を通過したこ
とを第２の渦中心検出回路６₂で検出するまでの時間、
つまりある渦３が第１の渦検出手段４₁ と第２の渦検出
手段４₂ との間を通過するのに要した時間を測定するた
めの回路であり、流速演算回路８は、時間差測定回路７
で測定した被測定流体１の渦３が渦検出手段４₁，４₂間
を通過するのに要した時間Ｔ（ｓ）と予め分かっている
渦検出手段４₁，４₂間の距離Ｌ（ｍ）とから図１（ａ）
に示すように矢印Ｆ方向に流れる被測定流体１の流速Ｖ
（ｍ／ｓ）を、Ｖ（ｍ／ｓ）＝Ｌ（ｍ）／Ｔ（ｓ）の関
係式から算出する回路である。

【００１５】このような構成によれば、被測定流体１の
流れの中に外部からトレーサーを注入する必要がなく、
また、被測定流体１とトレーサーとの浮力の違いによる
誤差もなく、消費電力も小さく、簡単な測定および信号
処理で低流速から高流速にわたる幅広い流速レンジにお
いて高精度の流速測定ができるようになる。

【００１６】図２は、本発明による流速測定装置の他の
実施例による構成を示す断面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図においては、渦発
生手段２および一対の渦検出手段４₁，４₂が板状の基台
９上に固定配置される構成となっている。

【００１７】このような構成によると、渦発生手段２お
よび渦検出手段４₁，４₂の位置が固定されるので、被測
定流体１の流れおよび渦３が安定化され、測定の安定化
が図れる。

【００１８】図３は、本発明による流速測定装置のさら
に他の実施例による構成を示す断面図であり、前述の図
と同一部分には同一符号を付してある。同図において、
渦発生手段２および渦検出手段４₁，４₂が一対の板状の
基台１０（基台１０₁ ，基台１０₂ ）間に配置されると
ともに一方の基台１０₁ 上に固定配置される構成となっ
ている。

【００１９】このような構成においては、渦発生手段２
および渦検出手段４₁，４₂が固定配置された基台１０₁
上に他の基台１０₂ を配置したことによって被測定流体
１の流れおよび渦３がさらに安定化され、測定の安定化
をさらに向上させることができる。

【００２０】図４は、本発明による流速測定装置の他の
実施例による構成を示す断面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図においては、渦発
生手段２および渦検出手段４₁，４₂が上流側および下流
側が開口している筒状の流路１１内に配置されて構成さ
れている。

【００２１】このような構成においても前述と同様な効
果が得られる。

【００２２】図５は、本発明による流速測定装置の他の
実施例による構成を示す断面図であり、前述の図と同一
部分には同一符号を付してある。同図においては、渦発
生手段２および渦検出手段４₁，４₂が筒状の流路１２内
に配置されるとともにこの流路１２の一部、例えば底面
に固定配置されて構成されている。

【００２３】このような構成においても前述と同様な効
果が得られるとともにこの流路１２内を流れる被測定流
体１の平均流速と、この流路１２の断面積とを乗算する
ことによって流量を測定することができる。ただし、本
発明による流速測定装置を含めて一般的に流路内を流れ
る被測定流体の平均流速を１つの流速計で直接求めるこ
とは困難であるため、流路１２内を流れる被測定流体１
の流速分布を考慮して本発明の流速測定装置で測定され
た流速と平均流速または流量との対応を付けなければな
らない。

【００２４】具体的には、被測定流体１の測定対象が十
分発達した層流または乱流のいずれかに限定されるので
あれば、流路１２内の流速分布はほぼ一定と見なせるの
で、予め求めておいた係数（定数）を用いて流量を求
め、測定対象が層流および乱流の両方におよぶ場合、あ
るいは層流または乱流のいずれかに限定されていても、
より高い精度の測定を必要とする場合は、この流速測定
装置で測定された流速の関数として流路１２の流速分布
変化に対応する補正式を予め求めておき、それを使用す
ることによって流速分布の変化に対応した高精度の流量
測定が可能となる。

【００２５】図６（ａ），（ｂ）は、前述した流路１
１，１２内に配置された渦発生手段２の一実施例による
構成を示す平面図である。同図において、これらの渦発
生手段２は、流路１１，１２断面の中心Ｏに対してその
中心Ｏ′をずらせて配置されている。

【００２６】このように構成された渦発生手段２は、流
路１１，１２の断面の中心Ｏに対してその中心Ｏ′をず
らせて配置させることによって渦発生周期を不規則化さ
せることができるため、それぞれの渦検出手段で４₁，
４₂で検出された渦３の間に対応が付けやすくなる。こ
れによって渦３の通過時間を計測する際の渦３の取り違
えによる計測ミスをなくすことができる。

【００２７】図７（ａ）〜（ｆ）は、本発明による流速
測定装置に係わる渦発生手段の他の実施例による構成を
示す横断面図である。これらの図において、流路１２内
に配置される渦発生手段２は、図７（ａ）に示すように
円柱体２ａ，図７（ｂ）に示すように半円柱体２ｂ，図
７（ｃ）に示すように四角柱体２ｃ，図７（ｄ）に示す
ように三角柱体２ｄ，図７（ｅ）に示すように台形柱体
２ｅ，図７（ｆ）に示すようにＴ型角柱体２ｆなどの形
状でそれぞれ形成しても良い。

【００２８】このように構成された渦発生手段によれ
ば、流路１２内に流れる被測定流体１の圧力損失を少な
くすることができるとともに流路１２内への固定配置お
よび被測定流体１の圧力に対する機械的強度を向上させ
ることができる。

【００２９】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明による流速
測定装置に係わる渦発生手段のさらに他の実施例による
構成を示す平面図である。これらの図において、流路１
２内に配置される渦発生手段２は、図８（ａ）に示すよ
うに矩形状の板２ｇ，図８（ｂ）に示すように三角形の
板２ｈまたは図８（ｃ）に示すように半円の板２ｉでそ
れぞれ形成しても良い。

【００３０】このように構成された板状の渦発生手段に
よれば、前述した柱状の渦発生体よりも強力な渦を発生
させることができる。

【００３１】図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明による流速
測定装置に係わる渦発生手段の他の実施例による構成を
示す横断面図である。これらの図において、流路１２内
に配置されるこれらの渦発生手段２は、その断面形状が
被測定流体１の流れるＦ方向の中心線に対して非対称に
形成されている。

【００３２】このように構成された渦発生手段２によれ
ば、流路１２内に流れる被測定流体１の渦３の発生周期
を不規則化させることができるため、それぞれの渦検出
手段で４₁，４₂で検出された渦３の間に対応が付けやす
くなる。これによって渦３の通過時間を計測する際の渦
３の取り違えによる計測ミスをなくすことができる。。

【００３３】図１０（ａ）〜（ｅ）は、本発明による流
速測定装置の他の実施例による構成を示す縦断面図であ
る。図１０（ａ）において、渦発生手段２Ａは、被測定
流体１の下流側方向に向かって矢印方向に開閉する渦発
生体２₁ を有し、この渦発生体２₁がその支点部２₂を流
路１２の底面に取り付けられて構成されている。また、
図１０（ｂ）において、渦発生手段２Ｂは、図１０
（ａ）の構造とは逆に被測定流体１の上流側方向に向か
って矢印方向に開閉する構造を有して構成されている。
また、図１０（ｃ）において、渦発生手段２Ｃは、その
渦発生体２₁ が流路１２の底面を貫通し、矢印方向に向
かって自在に可動する構造を有して構成されている。

【００３４】また、図１０（ｄ）に示すように渦発生手
段２Ｄは、その渦発生体２₁ が流路１２の中央において
支点２₂ を中心として矢印方向に向かって自在に可動す
る構造を有して構成されている。また、図１０（ｅ）に
流路１２と直交する断面図で示すように渦発生手段２Ｅ
は、その渦発生体２₁ が流路１２の底面を貫通し、支点
２₂ を中心として矢印方向に向かって自在に可動する構
造を有して構成されている。なお、渦発生体２Ａ〜２Ｅ
は、電磁石，形状記憶合金，金属，プラスチックなどの
熱膨張，バイメタル，圧電素子，ピエゾ素子，などで作
動させることができる。

【００３５】このような構成によれば、外部信号により
各渦発生手段２Ａ，２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅを適宜作動
させることによって所望のときに所望の大きさ，所望の
形状の渦３を発生させることができるため、渦３を１つ
ずつ発生させたり、発生パターンを変えてそれぞれの渦
に特徴をつけたり、不規則に渦３を発生させたりするこ
とができる。これによって渦の識別が容易となり、渦３
の通過時間を計測する際の渦３の取り違えによる計測ミ
スをなくすことができる。

【００３６】また、流路１２内の被測定流体１の流れに
対して各渦発生手段２Ａ，２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅの後
ろ側に固定渦が付着することがなくなり、低流速域にお
いても、確実に渦３を放出することができる。さらに渦
発生手段２₁ を閉じたときには被測定流体１の圧力損失
を低く抑えることができる。また、必要以上に渦を発生
させないので、低圧損で流れに乱れも少なくなる。

【００３７】図１１，図１２は、本発明による流速測定
装置の他の実施例による構成を示す縦断面図であり、前
述の図と同一部分に同一符号を付してある。図１１にお
いて、渦発生手段２Ｆは、音圧発生体２₃ により構成さ
れており、音圧により流れを乱し、渦３を形成する。ま
た、図１２において、渦発生手段２Ｇは、発熱体２₄に
より構成されており、熱を与えることにより流れに圧力
勾配を付けたり、対流を起こしたりして渦３を形成す
る。

【００３８】このような構成においても前述と同様に外
部信号により任意の時に任意の大きさ，任意の形状の渦
３を発生させることができるので、渦の識別が容易とな
り、渦の通過時間を計測する際の渦の取り違えによる計
測ミスをなくすことができる。また、必要以上の渦を発
生させないので、被測定流体１の圧力損失を低く抑える
ことができるとともに被測定流体１の流れの乱れも少な
くなる。また、前述のした実施例よりも構造的に信頼性
の高いものとなっている。

【００３９】なお、図１０，図１１，図１２に示した実
施例において、渦発生手段２Ａ〜２Ｇを１回作動させ、
１つの渦３を発生させた後、渦検出手段４１、４２間に
おける渦３の通過に要した時間計測が終わるまで次の渦
発生を行わないようにすると、計測ミスのない信頼性の
高い測定が可能となる。

【００４０】図１３は本発明による流速測定装置の他の
実施例による構成を示す縦断面図であり、前述の図と同
一部分に同一符号を付してある。同図に示すように被測
定流体１が流れる流路１２において、渦発生手段２の下
流側の流路壁に第１の超音波送受信装置からなる第１の
渦検出手段４Ａ₁ と第２の超音波送受信装置からなる渦
検出手段４Ａ₂ とがある距離を持たせて配置され、この
第１の渦検出手段４Ａ₁ は第１の超音波発振素子１３₁
と第１の超音波受信素子１４₁ とを流路１２を介して対
向させて組み合わされ、また、第２の渦検出手段４Ａ₂
は第２の超音波発振素子１３₂ と第２の超音波受信素子
１４₂ とを流路１２を介して対向させて組み合わされて
構成されている。

【００４１】このように構成される渦検出手段４Ａ₁，
４Ａ₂によれば、渦３による超音波ビームの振幅，周波
数または位相の変調を利用することによって渦３の検出
を行うことができる。また、渦検出手段４Ａ₁，４Ａ₂を
流路１２の外壁に配置することにより、被測定流体１と
非接触で渦３を検出することもできるので、被測定流体
１の圧力損失もなく、信頼性の高い測定が可能となる。

【００４２】図１４（ａ），（ｂ）は、本発明による流
速測定装置の他の実施例による構成を示す縦断面図であ
り、前述の図と同一部分に同一符号を付してある。図１
４（ａ）に示すように被測定流体１が流れる流路１２に
おいて、渦発生手段２の下流側に第１の圧力センサから
なる第１の渦検出手段４Ｂ₁ と第２の圧力センサからな
る第２の渦検出手段４Ｂ₂ とが一定の距離をおいて配置
されている。なお、これらの圧力センサからなる渦検出
手段４Ｂ₁ ，４Ｂ₂ は、流路１２にそれぞれ貫通するパ
イプＰを介して被測定流体１と接触する構成となってい
る。また、図１４（ｂ）においては、流路１２と並列に
パイプＰを介して圧力センサからなる渦検出手段４Ｃ₁
が接続されて構成されている。

【００４３】このように構成される渦検出手段４Ｂ₁ ，
４Ｂ₂ および渦検出手段４Ｃ₁ によれば、渦３による被
測定流体１の圧力変化を利用することによって渦３の検
出ができるので、被測定流体１の圧力損失もなく、信頼
性の高い測定が可能となる。また、流路１２にパイプＰ
を介して外部から装着脱が可能となるので、取扱いも容
易となる。

【００４４】図１５は、本発明による流速測定装置の他
の実施例による構成を示す縦断面図であり、前述の図と
同一部分に同一符号を付してある。同図に示すように被
測定流体１が流れる流路１２において、渦発生手段２の
下流側に第１の熱式流速センサからなる第１の渦検出手
段４Ｄ₁ と第２の熱式流速センサからなる第２の渦検出
手段４Ｄ₂ とが一定の距離をおいて配置されている。

【００４５】このような構成によれば、渦３による熱式
流速センサからなる渦検出手段４Ｄ₁ ，４Ｄ₂ の発熱体
からの冷却率の変化を利用することによって渦３の検出
ができるので、被測定流体１の圧力損失も少なく、高感
度，高速応答度の測定が可能となる。

【００４６】図１６（ａ）〜（ｃ）は、渦検出手段の他
の実施例による構成を示す平面図であり、これらの渦検
出手段４Ｅは、基台４ａ上に中央部分に発熱体４ｂが形
成され、さらにその両側に温度センサ４ｃ，４ｄが形成
されて流れの方向が検出できるように構成されており、
図１６（ｂ）に示すように基台４ａの形状を変えて形成
しても良く、また、図１６（ｃ）に示すように図１６
（ａ）の形状に加えて上下方向に温度センサ４ｃ，４ｄ
を形成する構成でも良い。

【００４７】このように構成される渦検出手段４Ｅを２
個用いて例えば図５のように渦発生体２の下流側の適当
な位置に適当な向きで配置することにより、渦３が通過
する際の流れ方向の変化を利用して渦３の検出ができる
ので、被測定流体１の圧力損失も少なく、高感度，高速
応答での測定が可能となる。

【００４８】図１７（ａ），（ｂ）は、本発明による流
速測定装置の他の実施例による構成を示す図であり、前
述の図と同一部分に同一符号を付してある。図１７
（ａ）に示すように被測定流体１が流れる流路１２内の
渦発生手段２の下流側に第１の流れ方向センサからなる
第１の渦検出手段４Ｅ₁ と第２の流れ方向センサからな
る第２の渦検出手段４Ｅ₂ とが一定の距離をおいて配置
されて構成されている。この流れ方向センサからなる渦
検出手段４Ｅ₁ ，４Ｅ₂ は、図１７（ｂ）に平面図で示
すように基台４ａ上にその中央部分に発熱体４ｂが形成
され、さらにその両側に温度センサ４ｃ，４ｄが形成さ
れて構成されている。そしてこれらの流れ方向センサか
らなる渦検出手段４Ｅ₁ ，４Ｅ₂ は、その温度センサ４
ｃ，発熱体４ｂ，温度センサ４ｄの配列方向の中心を結
ぶ直線Ｍが被測定流体１の流れ方向Ｆと直交する方向に
向けて流路１２内に配置されている。

【００４９】このような構成によれば、渦検出手段４Ｅ
は、温度センサ４ｃ，発熱体４ｂ，温度センサ４ｄの順
次配列方向の中心を結ぶ直線Ｍを被測定流体１の流れ方
向Ｆと直交させて配置することにより、渦３による流れ
方向が逆になるときを渦３の中心として検出することが
できるので、渦３の中心の検出が容易となり、精度の高
い測定が可能となる。

【００５０】図１８（ａ），（ｂ）は、本発明による流
速測定装置の他の実施例による構成を示す断面図であ
り、前述の図と同一部分に同一符号を付してある。図１
８において、被測定流体１が流れる流路１２内には、渦
発生手段２Ｈとして被測定流体１の流れの一部を被測定
流体１の流れ方向Ｆと平行な軸を中心として回転させる
固定ねじれ翼２ｊが固定配置されて構成されている。ま
た、図１９（ａ），（ｂ）に同様に示すように渦発生手
段２Ｉとして流路１２の被測定流体１の主流方向と垂直
に近い角度で被測定流体１を吹き出させる分流路２ｋが
設けられて構成されている。

【００５１】このように渦発生手段２Ｈ，２Ｉとしてそ
れぞれ固定ねじれ翼２ｊ，分流路２ｋを用いることによ
って図２０（ａ）に示す一般的な渦３に対して図２０
（ｂ）に示すような被測定流体１の流れ方向Ｆに平行な
軸を中心とした渦３′を発生させることができる。この
ような渦３′を用いることによって渦３′の回転方向と
被測定流体１の主流の方向とがぶつかり合わないため、
渦発生手段２Ｈ，２Ｉで作られた渦３′が被測定流体１
の流れによって変形または減衰されたり、進行方向を曲
げられたりし難くなる。これによって高精度の測定が安
定して行えるようになる。

【００５２】図２１は、本発明による流速測定装置の他
の実施例による構成を示す断面図であり、前述の図と同
一部分に同一符号を付してあり、同図において、被測定
流体１が流れる流路１２内には、３個の渦検出手段４
₁ ，４₂ ，４₃ が被測定流体１の流れ方向に沿ってそれ
ぞれ間隔を変えて配置されている。つまり第１の渦検出
手段４₁ と第２の渦検出手段４₂ との間の距離がＬ₁ ，
第２の渦検出手段４₂ と第３の渦検出手段４₃ との間の
距離がＬ₂ （Ｌ₂ ＞Ｌ₁ ）の間隔を持たせて配置されて
いる。

【００５３】このような構成によれば、流路１２内を流
れる被測定流体１が流速の遅い時は間隔の短い第１の渦
検出手段４₁ と第２の渦検出手段４₂ との間での測定値
を採用し、流速の速い時は間隔の長い第２の渦検出手段
４₂ と第３の渦検出手段４₃との間での測定値を採用す
ることができる。また、流速に応じて（流速の遅い方か
ら順に）第１の渦検出手段４₁ と第２の渦検出手段４₂
との間（距離Ｌ₁ ），第２の渦検出手段４₂ と第３の渦
検出手段４₃ との間（距離Ｌ₂ ），第１の渦検出手段４
₁ と第３の渦検出手段４₃ との間（距離Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）の
３種類の測定を選択することができる。したがって幅広
い流速レンジにおいて高精度の測定が可能となる。

【００５４】前述した図５に示す流速測定装置における
上流側の渦検出手段４₁ の出力をＸ（ｔ），下流側の第
２の渦検出手段４₂ の出力をＹ（ｔ）として２つの出力
の経時的変化を同じ時間軸上で表わすと、図２２（ａ）
のようになる。同図から明かなように出力Ｘ（ｔ）のグ
ラフをある時間τ_m だけ後ろにずらすと、出力Ｙ（ｔ）
のグラフとほぼ重なることが分かる。計算では、下記数
１に示す相互相関関数が最大値をとるときの時間τが時
間τ_m となる（図２２（ｂ））。

【００５５】

【数１】このような測定方法によれば、渦３の識別が明確とな
り、より高精度の測定が可能となる。

【００５６】図２３は、本発明による流速測定装置によ
る流速測定方法の一実施例を説明する流速測定装置の横
断面図であり、前述の図と同一部分に同一符号を付して
あり、同図において、渦発生手段２を構成する渦発生体
としての円柱体２ａがカルマン渦（互いに回転方向が逆
である渦３₁ ，３₂ を交互に発生）を発生させるように
すれば、渦検出手段４₁，４₂における渦の識別が容易と
なる。

【００５７】図２４〜２６は、本発明による流速測定装
置による渦検出方法の実施例を説明したものであり、前
述の図と同一部分に同一符号を付してあり、同図におい
て、渦検出手段４として２方向、つまりＡ−Ａ′方向に
流速検出方向を持つ熱式流速センサ４Ｆを使用し、渦発
生手段２との位置関係を図２４（ａ）〜２６（ａ）に示
すように配置すると、渦３の通過に伴い、それぞれ図２
４（ｂ）〜２６（ｂ）に示すような出力波形が得られ、
この出力波形のピークやゼロクロスポイントで渦３の中
心を判断することができる。したがって渦３が減衰した
り、変形しても精度の良い測定ができる。

【００５８】図２７は、前述した図１６，１７で説明し
た渦検出手段４Ｅとして用いた熱式流速センサの一実施
例を示したものであり、図２７（ａ）は斜視図，図２７
（ｂ）はその要部断面図である。同図において、例えば
シリコンからなる基台４１に異方性エッチング技術およ
び薄膜技術により白金やパーマロイの抵抗体パターンか
らなるヒータ４２およびその両側に温度センサ４３がス
リット４４を形成したメンブレン４５により空洞部４６
上に空中保持された構成で形成されている。

【００５９】このような構成において、ヒータ４２およ
びその両側の温度センサ４３が基台４１から熱的に絶縁
されるので、高感度，高速応答，低消費電力の測定が実
現可能となる。なお、４７は基台４１上のメンブレン４
５でない部分に設けられた周囲温度センサ、４８は電極
パッドである。

【００６０】図２８は、本発明による流速測定装置の他
の実施例による構成を示す縦断面図であり、前述の図と
同一部分に同一符号を付してある。図２８は、被測定流
体１が流れる流路１２に曲がった部分を設け、これを渦
発生手段２Ｊとして構成している。

【００６１】このように流路１２の曲がった部分を渦発
生体とすることにより、流路１２内に渦発生体を配置す
る必要がないので、構成部品が少なくなり、被測定流体
１の圧力損失も少なくすることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明による流速
測定装置は、被測定流体の流れの中に配置された渦発生
手段と、この被測定流体の流れ方向に沿ってある間隔を
あけて配置された複数の渦検出手段と、この渦発生手段
で作られた渦が渦検出手段間を通過するのに要する時間
を計測する計測手段とを有して構成され、渦発生手段で
作られた被測定流体の渦が渦検出手段間を通過するのに
要した時間を計測することにより、被測定流体の流速を
求めることができるので、外部からトレーサを注入する
必要がなく、被測定流体とトレーサとの浮力の違いによ
る誤差もなく、消費電力も小さく、簡単な測定および信
号処理で低流速から高流速にわたる幅広い流速レンジに
おいて高精度の流速測定ができるという極めて優れた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による流速測定装置の一実施例による構
成を示す図である。

【図２】本発明による流速測定装置の他の実施例による
構成を示す断面図である。

【図３】本発明による流速測定装置のさらに他の実施例
による構成を示す断面図である。

【図４】本発明による流速測定装置のさらに他の実施例
による構成を示す断面図である。

【図５】本発明による流速測定装置のさらに他の実施例
による構成を示す断面図である。

【図６】本発明による流速測定装置に係わる渦発生手段
の一実施例による構成を示す平面図である。

【図７】本発明による流速測定装置に係わる渦発生手段
の他の実施例による構成を示す断面図である。

【図８】本発明による流速測定装置に係わる渦発生手段
のさらに他の実施例による構成を示す平面図である。

【図９】本発明による流速測定装置に係わる渦発生手段
の他の実施例による構成を示す断面図である。

【図１０】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図１１】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図１２】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図１３】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図１４】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図１５】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図１６】本発明による流速測定装置に係わる渦検出手
段の他の実施例による構成を示す図である。

【図１７】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す図である。

【図１８】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図１９】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図２０】渦発生手段により得られる渦の種類を示す図
である。

【図２１】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【図２２】図５に示す流速測定装置の渦検出手段の出力
波形およびその相互相関関数を示す図である。

【図２３】本発明による流速測定装置による流速測定方
法の一実施例を説明する流速測定装置の断面図である。

【図２４】本発明による流速測定装置に係わる渦中心検
出方法の一実施例を説明する図である。

【図２５】本発明による流速測定装置に係わる渦中心検
出方法の他の実施例を説明する図である。

【図２６】本発明による流速測定装置に係わる渦中心検
出方法の他の実施例を説明する図である。

【図２７】本発明による流速測定装置に係わる渦検出手
段として用いた熱式流速センサの構成を示す図である。

【図２８】本発明による流速測定装置の他の実施例によ
る構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１被測定流体２渦発生手段２Ａ渦発生手段２Ｂ渦発生手段２Ｃ渦発生手段２Ｄ渦発生手段２Ｅ渦発生手段２Ｆ渦発生手段２Ｇ渦発生手段２Ｈ渦発生手段２Ｉ渦発生手段２Ｊ渦発生手段３渦３′ 渦３₁ 渦３₂ 渦４Ａ₁ 超音波送受装置からなる渦検出手段４Ａ₂ 超音波送受装置からなる渦検出手段４Ｂ₁ 圧力センサからなる渦検出手段４Ｂ₂ 圧力センサからなる渦検出手段４Ｃ₁ 圧力センサからなる渦検出手段４Ｄ₁ 熱式流速センサからなる渦検出手段４Ｄ₂ 熱式流速センサからなる渦検出手段４Ｅ渦検出手段４Ｅ₁ 流れ方向センサからなる渦検出手段４Ｅ₂ 流れ方向センサからなる渦検出手段４₁ 渦検出手段４₂ 渦検出手段５₁ 駆動回路５₂ 駆動回路６₁ 渦中心検出回路６₂ 渦中心検出回路７時間差測定回路８流速演算回路９基台１０基台１０₁ 基台１０₂ 基台１１流路１２流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定流体の流れの中に配置された渦発
生手段と、前記被測定流体の流れ方向にある間隔をあけ
て配置された複数の渦検出手段と、前記渦発生手段で作
られた渦が渦検出手段間を通過するのに要する時間を計
測する計測手段とを備えたことを特徴とする流速測定装
置。