JPH0572218A - Method and apparatus for detecting velocity of fluid - Google Patents
Method and apparatus for detecting velocity of fluidInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、パイプ等を流れる流
体の速度（流速）を検出する流体速度検出方法及びその
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid velocity detecting method and apparatus for detecting the velocity (flow velocity) of a fluid flowing through a pipe or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の流体速度検出方法及びその装置と
して、例えばエアフローセンサを例にとって説明する
と、即ちエアフローセンサは、気体の流れの中に細いヒ
ーター線を気体の流れ方向に直交するように配置し、そ
のヒーター線に一定の電流をパルス状に供給し、そのヒ
ーター線の放熱による抵抗変化を検出することによつ
て、流れる流体の流速を検出するものであつた。2. Description of the Related Art As a conventional fluid velocity detecting method and its device, an air flow sensor will be described as an example. That is, the air flow sensor is arranged such that a thin heater wire is arranged in a gas flow so as to be orthogonal to the gas flow direction. Then, a constant current is supplied in a pulsed manner to the heater wire, and the resistance change due to heat radiation of the heater wire is detected to detect the flow velocity of the flowing fluid.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の流体速度検出方法及びその装置にあつては、
ヒーター線が直接流体に接触する構成であるので、流体
に塵挨、薬剤の蒸気等が混入されていた場合にはそれが
ヒーター線に付着したり、またヒーター線の表面が流体
中の前記蒸気等に直接的に長時間接触することによつて
変化して放熱状態が経年変化し、流体とヒーター線との
熱的関係が変わってしまい誤差が徐々に大きくなる恐れ
が多分にあるという問題点があつた。However, such a conventional fluid velocity detecting method and apparatus thereof are as follows.
Since the heater wire is in direct contact with the fluid, if dust, chemical vapor, etc. are mixed in the fluid, it will adhere to the heater wire, and the surface of the heater wire will be the vapor in the fluid. The problem is that there is a possibility that the error may gradually increase due to changes in the heat dissipation state over time due to direct contact with etc. for a long time, changing the thermal relationship between the fluid and the heater wire. I got it.
【０００４】また、ヒーター線の抵抗値変化を大きくと
るために、非常に細いヒーター線を用いるので塵挨が大
きく、かつそれが高速で移動するものであつた場合に
は、ヒーター線に非常に大きな外力が作用し、塑性変形
する恐れがあつたので、風上側にフィルタを設ける必要
があつた。Further, since a very thin heater wire is used in order to obtain a large change in the resistance value of the heater wire, when the dust is large and it moves at a high speed, the heater wire is very Since a large external force may cause plastic deformation, it is necessary to provide a filter on the windward side.
【０００５】さらに、流体の速度に比例した外力がその
細いヒーター線に当り、ヒーター線が流量抵抗として流
体に作用する構成であるので、速度の大きな流体を測定
対象とした場合には、ヒーター線が伸びてしまい測定誤
差が大きくなると共に、上記の如くヒーター線の弾性限
界を越えて外力が作用した場合にはヒーター線は測定初
期の抵抗値のものと違ってしまう恐れがあつた。Further, since the external force proportional to the velocity of the fluid hits the thin heater wire and the heater wire acts on the fluid as a flow resistance, the heater wire is used when the fluid with high velocity is the object of measurement. When the external force is applied beyond the elastic limit of the heater wire as described above, the heater wire may be different from the resistance value at the initial measurement.
【０００６】この発明は、上記のような技術領域と全く
異なる小生の研究領域、すなわち音響技術の原理を適応
させることによつて上記のような問題点を解消させたも
ので、例えば音響部品として一般によく知られているス
ピーカとマイクロホンとを用いることによつて従来にな
く安く、精度のよい、かつ装置構成を簡単にできる流体
速度検出方法及びその装置を提案することを目的とす
る。The present invention solves the above-mentioned problems by adapting the principle of acoustic technology, that is, a research field of a completely different student from the above-mentioned technical field, for example, as an acoustic component. It is an object of the present invention to propose a fluid velocity detecting method and a device therefor, which are cheaper, more accurate, and have a simpler device configuration than ever before by using a generally well-known speaker and a microphone.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、壁面に穴が
穿設された包囲体の内部空間の圧力を所定の周波数で変
動せしめると共に、前記壁面の穴を、測定対象である流
体の流れに接するように配設し、それによつて発生する
前記包囲体の内部空間の圧力変化に基づいて前記流体の
速度を算出する構成とする。According to the present invention, the pressure in the internal space of an enclosure having a hole formed in a wall surface is varied at a predetermined frequency, and the hole in the wall surface is subjected to a flow of a fluid to be measured. And the velocity of the fluid is calculated on the basis of the pressure change in the internal space of the enclosure generated thereby.
【０００８】[0008]
【作用】この発明による流体速度方法及びその装置は、
包囲体、孔の寸法等によって決まるヘルムホルツ共振周
波数で包囲体の中の気体の圧力を変動させ、かつ包囲体
の孔を介して測定対象である流体と作用させてそのとき
の圧力変動を検出することによつて流体の速度を測定す
る。The fluid velocity method and apparatus according to the present invention are
The pressure of the gas in the enclosure is changed at the Helmholtz resonance frequency determined by the size of the enclosure, the hole, etc., and the pressure fluctuation at that time is detected by interacting with the fluid to be measured through the hole of the enclosure. Thereby measuring the velocity of the fluid.
【０００９】[0009]
【実施例】図１に基づいて、この発明の基本原理の理論
の概要を説明する。図１において、１は肉厚ｈのパイプ
で、その一端Ａから他端Ｂに向けて測定対象である気体
（流体）が流速Ｖfで流通している。２は前記パイプ１
の壁面に穿設された直径２ｒの小径（前記パイプ１の内
径に対して）の孔、３は前記パイプ１の壁面に穿設され
た孔２に対して所定の間隔で対向配設されたスピーカ等
の音圧発生手段で、所定の周波数で駆動される。４は前
記音圧発生手段３から発生された音波（ここでは音圧と
同義である）が疎密波となり、孔２を通過した後に円弧
状に拡散形成される音波の回折波動である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An outline of the theory of the basic principle of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 is a pipe having a wall thickness h, and a gas (fluid) to be measured flows from one end A to the other end B at a flow velocity V f . 2 is the pipe 1
The small-diameter hole 2r (with respect to the inner diameter of the pipe 1) having a diameter 2r formed in the wall surface of the pipe 3 is arranged to face the hole 2 formed in the wall surface of the pipe 1 at a predetermined interval. It is driven at a predetermined frequency by a sound pressure generating means such as a speaker. Reference numeral 4 denotes a diffracted wave of a sound wave generated by the sound pressure generating means 3 (which has the same meaning as the sound pressure here) becomes a compressional wave and is diffused and formed in an arc shape after passing through the hole 2.
【００１０】次に、上記基本構成に基づき流速Ｖfが求
められる原理を図２乃至図４に基づいて説明する。ま
ず、図２に示されるようにパイプ１の壁面に穿設された
孔２の部分には斜線で示されるように直径２ｒ、厚さ
（肉厚）ｈの空気（密度ρ）の円柱が形成され、それに
よつて音響学上における直径２ｒ、長さｈの音響管５が
形成されているものと考えられる。この音響管５に対し
て、下方から音圧発生手段３が対面するように配置され
（図１参照）、前記音圧発生手段３は所定周波数で正弦
波駆動される。Next, the principle of obtaining the flow velocity V f based on the above basic configuration will be described with reference to FIGS. 2 to 4. First, as shown in FIG. 2, a cylinder of air (density ρ) having a diameter 2r and a thickness (wall thickness) h is formed in a portion of the hole 2 formed in the wall surface of the pipe 1 as shown by the diagonal lines. It is considered that the acoustic tube 5 having a diameter 2r and a length h in terms of acoustics is formed thereby. The sound pressure generating means 3 is arranged so as to face the acoustic tube 5 from below (see FIG. 1), and the sound pressure generating means 3 is driven by a sine wave at a predetermined frequency.
【００１１】ここで、前記音圧発生手段３が所定周波数
で正弦波駆動されると前記音響管５の上側開口端では、
図３に示すように半径ｒ、厚さ（πｒ）／２の空気（密
度ρ）の円柱状空気部（質量：ｍ）６が、前記音圧発生
手段３と音響管５内の空気バネ（図６における空気バネ
１ｃ）とにより速度Ｖv(t)（変位：Ｘ(t)）で上下に単
振動させられるものと考えられる。このときの円柱状空
気部６の質量ｍ（以下、付加質量という）は次式により
表わされる。Here, when the sound pressure generating means 3 is driven by a sine wave at a predetermined frequency, at the upper open end of the acoustic tube 5,
As shown in FIG. 3, a cylindrical air portion (mass: m) 6 of air (density ρ) having a radius r and a thickness (πr) / 2 is generated by the sound pressure generating means 3 and the air spring (in the acoustic tube 5). It is considered that the air spring 1c in FIG. 6 and the single vibration up and down at a velocity V v (t) (displacement: X (t)). At this time, the mass m of the cylindrical air portion 6 (hereinafter referred to as additional mass) is expressed by the following equation.
【００１２】[0012]
【数１】 [Equation 1]
【００１３】ただし、（π・ｒ）／２は理論的に計算で
きものである。また、この振動系の運動エネルギーは、
（１／２）ｍ・ｖv 2である。However, (π · r) / 2 can be theoretically calculated. Also, the kinetic energy of this vibration system is
(1/2) m · v v 2 .
【００１４】ここで、図１の如くパイプ１内をＡ方向か
らＢ方向に向けて気体が流速Ｖfで流れ、かつ前記音響
管５の上端面にも気体が速度Ｖfで流れているものと仮
定すると、図３に斜線で示した付加質量ｍの部分の円柱
状空気部６はＡ方向から流れる気体によつて外力を受
け、図４に斜線Ｃ及びＤで示すように速度Ｖfに比例し
た量（図４においてＬで示される）だけ下流（Ｂ方向）
に流される。その結果、図４に実線で示す部分の円柱状
空気部６が音響管５の上端面に沿って、破線で示す円柱
状空気部６’まで風下Ｂ方向にＬだけずれ、円柱状空気
部６の付加質量ｍの部分に蓄えられたエネルギーも空気
の流れによつて風下、即ちＢ方向に持ち去られる。 つ
まり、エネルギーの散逸が発生するのである。そこで、
時間ｔの間にずれ量（変位量）Ｌが発生してその付加質
量ｍの部分の平面断面積をＡとするとHere, as shown in FIG. 1, gas flows in the pipe 1 from the direction A to the direction B at a flow velocity V f , and the gas also flows at the upper end surface of the acoustic tube 5 at a velocity V f. Assuming that, the columnar air portion 6 in the portion of the additional mass m shown by the diagonal lines in FIG. 3 receives an external force by the gas flowing from the A direction, and the velocity V f becomes as shown by the diagonal lines C and D in FIG. Downstream (B direction) by a proportional amount (indicated by L in FIG. 4)
Be washed away. As a result, the cylindrical air portion 6 in the portion shown by the solid line in FIG. The energy stored in the portion of the additional mass m of is also carried away by the flow of air in the leeward direction, that is, in the B direction. In other words, energy dissipation occurs. Therefore,
When a displacement amount (displacement amount) L is generated during the time t and the plane sectional area of the portion of the additional mass m is A
【００１５】[0015]
【数２】 となる。ただし、Ｋは定数である。時間ｔの間に散逸し
たエネルギー量Ｄ・ｔは、[Equation 2] Becomes However, K is a constant. The amount of energy D · t dissipated during time t is
【００１６】[0016]
【数３】 [Equation 3]
【００１７】単位時間当りに散逸するエネルギー量Ｄ
は、Energy amount D dissipated per unit time
Is
【００１８】[0018]
【数４】 [Equation 4]
【００１９】ただし、ｄ＝（ｍＫＶf）／（πｒ2）であ
る。数１を数４に代入するとHowever, d = (mKV f ) / (πr 2 ). Substituting equation 1 into equation 4
【００２０】[0020]
【数５】 [Equation 5]
【００２１】このとき、流体の速度ＶfはAt this time, the velocity V f of the fluid is
【００２２】[0022]
【数６】 [Equation 6]
【００２３】となる。すなわち、音響管５のダンパ係数
ｄが分かれば、流速Ｖfが分かる。[0023] That is, if the damper coefficient d of the acoustic tube 5 is known, the flow velocity V f can be known.
【００２４】次に、各具体的構成を示し、それらのダン
パ係数ｄの求め方及び流速Ｖfの求め方について図５及
び図６を参照しながら説明する。 まず図５に基づいて
説明する。なお同図において図１と同一構成またはそれ
と均等のものには同一符号を付してその説明は省略す
る。Next, each specific configuration will be shown, and how to obtain the damper coefficient d and how to obtain the flow velocity V f will be described with reference to FIGS. 5 and 6. First, it demonstrates based on FIG. In the figure, the same components as those in FIG. 1 or their equivalents are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【００２５】図中、７はパイプ１壁面に穿設された孔２
を外側から気密状に覆う密閉用ハウジング（包囲体）
で、そのハウジング７の壁面には該壁面の一部を形成す
るように薄型スピーカ等の音圧発生手段１０が取り付け
られ、その音圧発生手段１０は、前記ハウジング７の容
積Ｖ0、孔２の直径の寸法等によつて決まるヘルムホル
ツ共振周波数に出力周波数が設定された駆動回路１１に
よつて正弦波駆動され、前記ハウジング７内の内圧を前
記ヘルムホルツ共振周波数で変化せしめる。In the figure, 7 is a hole 2 formed in the wall surface of the pipe 1.
Airtight housing that covers the outside from the outside (enclosure)
A sound pressure generating means 10 such as a thin speaker is attached to the wall surface of the housing 7 so as to form a part of the wall surface. The sound pressure generating means 10 has a volume V 0 of the housing 7 and a hole 2 The drive circuit 11 whose output frequency is set to the Helmholtz resonance frequency determined by the diameter size of the sine wave drives the sine wave to change the internal pressure in the housing 7 at the Helmholtz resonance frequency.
【００２６】なお、図５においてはパイプ１の壁面に孔
２を穿設したが、ハウジング７の壁面の一部分で前記パ
イプ１の壁面の一部を形成せしめ、かつその壁面に孔２
を設け、壁面を共用する構成にしても良く、またその孔
２の形状は円形のみならず、長方形、正方形等の方形で
あつてもよく、またその寸法形状はその時々の設計仕様
で決められることは言うまでもないことである。８はコ
ンデンサーマイクロホン（音圧検出手段）で、ハウジン
グ７内に取り付けられ、該ハウジング内の圧力（音圧）
変動を検出する。９は増幅回路等の係数回路で、前記マ
イクロホン８からの検出出力を所定の増幅率で増幅して
前記パイプ１内の空気流速Ｖfを検出して出力する。Although the hole 2 is formed in the wall surface of the pipe 1 in FIG. 5, part of the wall surface of the housing 7 forms a part of the wall surface of the pipe 1, and the hole 2 is formed in the wall surface.
May be provided and the wall surface may be shared, and the shape of the hole 2 may be not only a circle but also a rectangle such as a rectangle or a square, and the size and shape thereof are determined by design specifications at that time. Needless to say. Reference numeral 8 is a condenser microphone (sound pressure detection means), which is mounted in the housing 7 and has a pressure (sound pressure) in the housing
Detect fluctuations. Reference numeral 9 is a coefficient circuit such as an amplifier circuit, which amplifies the detection output from the microphone 8 with a predetermined amplification factor to detect and output the air flow velocity V f in the pipe 1.
【００２７】次に、上記図５に示す構成に基づいて前記
音響管５のダンパ係数ｄの算出論理を図６を参照しなが
ら説明する。Next, the calculation logic of the damper coefficient d of the acoustic tube 5 based on the configuration shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG.
【００２８】まず図５及び図６において、Ｐ0は大気
圧、△Ｐ(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生す
るハウジング７内の圧力（音圧）変化量、Ｘ(t)はパイ
プ１の孔２の部分に発生する付加質量ｍを形成する円柱
状空気部６の上下方向の変位量、Ｕ(t)は音圧発生手段
１０の受圧面の変位量、ｒはパイプ１の孔２の半径（付
加質量ｍを形成する円柱状空気部６の半径でもある）、
Ｖ0はハウジング７内の実空間容積、Ｓは音圧発生手段
１０の受圧面の面積、γは気体の比熱比（空気の場合は
１.４）、Ｖfは測定対象の気体の流速、Ａは付加質量ｍ
を形成する円柱状空気部６の断面積（孔２の開口面
積）、ｍは円柱状空気部６の質量（付加質量）、ｄは音
響管５に発生するダンパ係数として設定すると図５に示
す構成のものは図６に示す振動系の物理モデルと等価と
考えることが出来る。First, in FIGS. 5 and 6, P 0 is the atmospheric pressure, ΔP (t) is the change amount of the pressure (sound pressure) in the housing 7 generated by the driving of the sound pressure generating means 10, and X (t ) Is the vertical displacement of the cylindrical air portion 6 forming the additional mass m generated in the hole 2 of the pipe 1, U (t) is the displacement of the pressure receiving surface of the sound pressure generating means 10, and r is the pipe. Radius of the hole 2 of 1 (also the radius of the cylindrical air portion 6 forming the additional mass m),
V 0 is the actual space volume in the housing 7, S is the area of the pressure receiving surface of the sound pressure generating means 10, γ is the specific heat ratio of the gas (1.4 in the case of air), V f is the flow velocity of the gas to be measured, A is additional mass m
5 is a cross-sectional area (opening area of the hole 2) of the columnar air portion 6 forming m, m is the mass of the columnar air portion 6 (additional mass), and d is a damper coefficient generated in the acoustic tube 5. The configuration can be considered equivalent to the physical model of the vibration system shown in FIG.
【００２９】すなわち、前記物理モデルにおける円柱状
空気部６の部分は、円柱状空気部６自身の付加質量ｍ、
ハウジング７内に発生する空気バネ１ｃ、音響管５に発
生するダンパ１ｂなどの制御要素から構成されている。
そこで図６において、次の数７及び数８が成立する。That is, the portion of the cylindrical air portion 6 in the physical model is the additional mass m of the cylindrical air portion 6 itself,
It is composed of control elements such as an air spring 1c generated in the housing 7 and a damper 1b generated in the acoustic tube 5.
Therefore, in FIG. 6, the following equations 7 and 8 are established.
【００３０】[0030]
【数７】 [Equation 7]
【００３１】[0031]
【数８】 [Equation 8]
【００３２】上記数７及び数８をラプラス変換して整理
する。ここで、パイプ１内の気体の流速Ｖfとダンパ係
数ｄとが比例関係にあることが前提条件にあるため、音
圧発生手段１０の駆動周波数が上記の如くヘルムホルツ
共振周波数に設定されると、共振角周波数ωrはThe above equations 7 and 8 are Laplace transformed and arranged. Here, since it is a prerequisite that the flow velocity V f of the gas in the pipe 1 and the damper coefficient d are in a proportional relationship, when the drive frequency of the sound pressure generating means 10 is set to the Helmholtz resonance frequency as described above. , The resonance angular frequency ω r is
【００３３】[0033]
【数９】 [Equation 9]
【００３４】によりBy
【数１０】 [Equation 10]
【００３５】と設定できる。すなわちCan be set. Ie
【００３６】[0036]
【数１１】 [Equation 11]
【００３７】が成立する。つぎに、上記数１１より△Ｐ
(s)からＵ(s)までの伝達関数はIs satisfied. Next, from the above equation 11, ΔP
The transfer function from (s) to U (s) is
【００３８】[0038]
【数１２】 [Equation 12]
【００３９】上記数１２において、音圧発生手段１０の
駆動周波数をヘルムホルツ共振周波数とし、かつ駆動電
圧をピーク値が一定な正弦波と設定しているので、Ｕ
(ｉω)＝定数値、△Ｐ(ｉω)＝マイクロホン８の出力電
圧値と設定できる。In the above formula 12, the drive frequency of the sound pressure generating means 10 is set to the Helmholtz resonance frequency, and the drive voltage is set to a sine wave having a constant peak value.
(iω) = constant value, ΔP (iω) = output voltage value of the microphone 8 can be set.
【００４０】それゆえに、上記数１２からダンパ係数ｄ
を算術計算により求め、その結果を数６に代入すること
により、測定対象の流体の流速Ｖfは求められることが
示されている。Therefore, from the above equation 12, the damper coefficient d
It is shown that the flow velocity V f of the fluid to be measured can be obtained by calculating the calculation result by substituting the result into the mathematical expression 6.
【００４１】次に上記構成のものを作成して実験を行っ
て得た入出力特性図を図８に示す。この入出力特性図に
示されているように流速検出装置の入出力特性は線形で
あることが示される。Next, FIG. 8 shows an input / output characteristic diagram obtained by making an experiment with the above structure and conducting an experiment. As shown in this input / output characteristic diagram, the input / output characteristic of the flow velocity detecting device is shown to be linear.
【００４２】次に図７に示す装置に基づいて第２実施例
の流速検出方法及びその装置を説明する。図７におい
て、図５に示したものと同一構成のもの、またはそれと
均等なものには同一符号を付してその説明を省略する。Next, a flow velocity detecting method and its apparatus according to the second embodiment will be described based on the apparatus shown in FIG. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. 5 or equivalent components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００４３】すなわち同図において、１３はハウジング
７を左右同一容積に仕切るための仕切板で、その仕切板
１３の中央部分は、その仕切板１３によつて形成される
部屋７ａ、７ｂを交互に加圧するための薄型スピーカ等
の音圧発生手段１０で形成されている。また前記仕切板
１３によつて仕切られた一方の部屋７ａは、孔２を介し
て前記パイプ１の内部空間と連通し、また他方の部屋７
ｂは完全に密閉され、双方の部屋７ａ、７ｂのそれぞれ
には、同一特性のマイクロホン８、１４が配設され、マ
イクロホン８からの出力信号は加算回路２１に、またマ
イクロホン１４からの出力信号は第１絶対値回路２０及
び加算回路２２にそれぞれ接続されている。That is, in the figure, 13 is a partition plate for partitioning the housing 7 into the same volume on the left and right, and the central portion of the partition plate 13 alternately defines the chambers 7a and 7b formed by the partition plate 13. It is formed by sound pressure generating means 10 such as a thin speaker for applying pressure. Further, one chamber 7a partitioned by the partition plate 13 communicates with the internal space of the pipe 1 through the hole 2 and the other chamber 7a.
b is completely sealed, microphones 8 and 14 having the same characteristics are provided in both rooms 7a and 7b, respectively. The output signal from the microphone 8 is added to the adding circuit 21, and the output signal from the microphone 14 is It is connected to the first absolute value circuit 20 and the addition circuit 22, respectively.
【００４４】なお、音圧発生手段１０は上記で説明した
ヘルムホルツ共振周波数に設定された正弦波を出力する
駆動回路１１によつて駆動される。The sound pressure generating means 10 is driven by the drive circuit 11 which outputs the sine wave set to the Helmholtz resonance frequency described above.
【００４５】次に図７に示した構成のものによつてダン
パ係数ｄが求められ、かつ流速Ｖfが求められる論理を
説明する。すなわち、△Ｐ1(t)は音圧発生手段１０の駆
動によつて発生した一方の部屋７ａ内の内圧変化量、△
Ｐ2(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生した他方
の部屋７ｂ内の内圧変化量、Ｘ(t)はパイプ１の孔２の
部分に発生する円柱状空気部６の上下方向の変位量、Ｕ
(t)は音圧発生手段１０の受圧面の左右方向の変位量、
ｒはパイプ１の孔２の半径（円柱状空気部６の半径でも
ある）、Ｖ0は双方の部屋７ａ，７ｂの実空間容積、Ｓ
は音圧発生手段１０の受圧面の面積、γは気体の比熱比
（空気の場合は1.4）、Ｖfはパイプ１内を流通する気体
の流速、Ａは円柱状空気部６の断面積、ｍは前記円柱状
空気部６の質量、ｄは音響管５に発生するダンパ係数と
して設定するとNext, the logic by which the damper coefficient d and the flow velocity V f are calculated by using the structure shown in FIG. 7 will be described. That is, ΔP 1 (t) is the internal pressure change amount in one chamber 7a generated by the driving of the sound pressure generating means 10,
P 2 (t) is the amount of change in the internal pressure in the other chamber 7b generated by driving the sound pressure generating means 10, and X (t) is the vertical direction of the cylindrical air portion 6 generated in the hole 2 of the pipe 1. Displacement in direction U
(t) is the amount of lateral displacement of the pressure receiving surface of the sound pressure generating means 10,
r is the radius of the hole 2 of the pipe 1 (also the radius of the cylindrical air portion 6), V 0 is the actual space volume of both chambers 7a, 7b, S
Is the area of the pressure receiving surface of the sound pressure generating means 10, γ is the specific heat ratio of the gas (1.4 in the case of air), V f is the flow velocity of the gas flowing in the pipe 1, A is the cross-sectional area of the cylindrical air portion 6, If m is the mass of the cylindrical air portion 6 and d is the damper coefficient generated in the acoustic tube 5,
【００４６】[0046]
【数１３】 [Equation 13]
【００４７】[0047]
【数１４】 [Equation 14]
【００４８】ここで、△Ｐ2(s)の振幅の絶対値と△Ｐ
1(s)＋△Ｐ2(s)の振幅の絶対値との比をとるとHere, the absolute value of the amplitude of ΔP 2 (s) and ΔP 2
Taking the ratio of the absolute value of the amplitude of 1 (s) + ΔP 2 (s),
【００４９】[0049]
【数１５】 [Equation 15]
【００５０】上記数１５中において、｜△Ｐ2(s)｜はマ
イクロホン１４の出力の絶対値、すなわち第１絶対値回
路２０の出力であり、また｜△Ｐ1(s)＋△Ｐ2(s)｜はマ
イクロホン８及び１４のそれぞれの出力を加算回路２１
で加算したものの絶対値、すなわちマイクロホン８及び
１４のそれぞれの加算出力を第２絶対値回路２２で絶対
値をとったものであり、かつＶ0、Ａ、π、γ、Ｋ、Ｃ0
のそれぞれは定数で、前記係数回路２４の係数として設
定されるものであるので、Ｖfを求めることが出来る。In Equation 15, | ΔP 2 (s) | is the absolute value of the output of the microphone 14, that is, the output of the first absolute value circuit 20, and | ΔP 1 (s) + ΔP 2 (s) | is an adder circuit 21 for adding the respective outputs of the microphones 8 and 14.
The absolute values of the sums obtained by the above, that is, the summed outputs of the microphones 8 and 14 are obtained by the second absolute value circuit 22, and V 0 , A, π, γ, K, C 0.
Is a constant and is set as a coefficient of the coefficient circuit 24, so that V f can be obtained.
【００５１】すなわち、双方のマイクロホン８、１４出
力を、それぞれの出力側に接続された加算回路２１を介
して第２絶対値回路２２に供給し、その絶対値出力で、
マイクロホン１４の出力が接続された第１絶対値回路２
０の出力を、次段の割算回路２３において除算し、その
除算結果に対して、係数回路２４で係数を掛けて流速Ｖ
fを算出する。なお、前記係数回路２４の係数は、数１
５における定数Ｖ0、Ａ、π、γ、Ｋ、Ｃ0の大きさによ
りその状況に合わせて設定され、また第２絶対値回路２
２から係数回路２４までの外部回路（駆動回路１１は除
く）は、その機能をソフト化でき、マイクロコンピュー
タで置き換えられることは言うまでもないことである。That is, the outputs of both microphones 8 and 14 are supplied to the second absolute value circuit 22 via the adder circuit 21 connected to each output side, and the absolute value output thereof is
First absolute value circuit 2 to which the output of the microphone 14 is connected
The output of 0 is divided in the division circuit 23 at the next stage, and the division result is multiplied by a coefficient in the coefficient circuit 24 to obtain the flow velocity V.
Calculate f . The coefficient of the coefficient circuit 24 is expressed by
It is set according to the situation by the magnitudes of the constants V 0 , A, π, γ, K, C 0 in 5 and the second absolute value circuit 2
It goes without saying that the external circuits from 2 to the coefficient circuit 24 (excluding the driving circuit 11) can be made to have software functions and can be replaced with a microcomputer.
【００５２】また、上記図７で説明した構成のものは、
装置の製造工程での温度と使用場所での温度とがほぼ同
一の場合を対象としているが、温度が異なったり、また
使用中に温度が大きく変化するような場所である場合に
は、図９に示すように仕切板１３に微細孔１６を穿設
し、周囲温度変化による圧力変動が双方の部屋７ａ，７
ｂのいずれかに発生した場合でも該微細孔１６を介して
双方の部屋７ａ，７ｂの空気を流通せしめることによつ
て静的圧力（ゆっつくりした圧力変化も含む）を同一に
する様にすればよい。なお、図９においても図７の動作
原理は同一であるので、その説明は省略する。また双方
のマイクロホン８、１４に接続される外部回路は図７の
ものと同一のものである。The configuration described in FIG. 7 is as follows.
Although the case where the temperature in the manufacturing process of the device and the temperature in the place of use are almost the same is targeted, in the case where the temperature is different or the temperature greatly changes during use, the case shown in FIG. As shown in FIG. 5, the partition plate 13 is provided with the fine holes 16 so that the pressure fluctuation due to the ambient temperature change can be caused in both the chambers 7a, 7a.
Even if it occurs in any of b, it is possible to make the static pressure (including the loose pressure change) the same by circulating the air in both chambers 7a and 7b through the fine holes 16. Good. Note that the operation principle of FIG. 7 is the same in FIG. 9 as well, and therefore the description thereof is omitted. The external circuit connected to both microphones 8 and 14 is the same as that shown in FIG.
【００５３】次に図１０及び図１１に示す装置に基づい
て第３実施例の流速検出方法及びその装置を説明する。
図１０及び図１１において、図７に示したものと同一構
成のもの、またはそれと均等なものには同一符号を付し
てその説明を省略する。この実施例では、マイクロホン
の使用数を１つにした場合についてダンパ係数ｄが求め
られ、かつ流速Ｖfが求められる論理を説明する。Next, a flow velocity detecting method and its apparatus of the third embodiment will be explained based on the apparatus shown in FIGS.
In FIGS. 10 and 11, the same components as those shown in FIG. 7 or their equivalents are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In this embodiment, the logic for determining the damper coefficient d and the flow velocity V f when the number of microphones used is 1 will be described.
【００５４】図１０及び図１１において、１７はハウジ
ング７とほぼ同一機能のものであるが、図７のものに比
べて異なる点はハウジング１７において、仕切板１３の
下端がハウジング１７の底面に対して所定の間隔を隔て
て隙間が設けられており、かつそのハウジング１７の部
分に凹条の溝１８が形成され、その凹条の溝１８内にマ
イクロホン８が設けられ、そのマイクロホン８は双方の
部屋１７ａ，１７ｂのそれぞれに対して同一受圧面積で
接して、双方の部屋１７ａ、１７ｂからの内圧を同一受
圧面積で受けて加算をしている。またマイクロホン８と
仕切板１３の先端との間に形成された前記隙間は図９に
おける微細孔１６と同一機能の空気流通路のものであ
る。10 and 11, 17 has almost the same function as the housing 7, but the difference from that of FIG. 7 is that in the housing 17, the lower end of the partition plate 13 is against the bottom surface of the housing 17. Are provided at predetermined intervals, and a groove 18 is formed in the housing 17 and a microphone 8 is provided in the groove 18. The microphone 8 is The chambers 17a and 17b are in contact with each other in the same pressure receiving area, and the internal pressures from both of the chambers 17a and 17b are received in the same pressure receiving area and are added. Further, the gap formed between the microphone 8 and the tip of the partition plate 13 is an air flow passage having the same function as the fine hole 16 in FIG.
【００５５】すなわち、△Ｐ1(t)は音圧発生手段１０の
駆動によつて発生した一方の部屋１７ａ内の内圧変化
量、△Ｐ2(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生し
た他方の部屋１７ｂ内の内圧変化量、Ｘ(t)はパイプ１
の孔２の部分に発生する円柱状空気部６の上下方向の変
位量、Ｕ(t)は音圧発生手段１０の左右方向への受圧面
の変位量、ｒはパイプ１の孔２の半径、Ｖ0は双方の部
屋１７ａ，１７ｂの実空間容積、Ｓは音圧発生手段１０
の受圧面（例えばダイナミックスピーカ等のコーン紙）
の面積、γは気体の比熱比（空気の場合は1.4）、Ｖfは
パイプ１内を流通する気体の流速、Ａは円柱状空気部６
の断面積（孔２の開口部面積と等しい）、ｍは前記円柱
状空気部６の質量、ｄは音響管５のダンパ係数と設定す
るとThat is, ΔP 1 (t) is the internal pressure change amount in one chamber 17a generated by driving the sound pressure generating means 10, and ΔP 2 (t) is driving the sound pressure generating means 10. The amount of change in the internal pressure in the other chamber 17b, X (t)
The vertical displacement of the cylindrical air portion 6 generated in the hole 2 portion of U, U (t) is the displacement amount of the pressure receiving surface of the sound pressure generating means 10 in the left-right direction, and r is the radius of the hole 2 of the pipe 1. , V 0 is the actual space volume of both rooms 17a and 17b, and S is the sound pressure generating means 10.
Pressure receiving surface (for example, cone paper such as a dynamic speaker)
Area, γ is the specific heat ratio of the gas (1.4 in the case of air), V f is the flow velocity of the gas flowing in the pipe 1, and A is the columnar air portion 6.
Where m is the mass of the cylindrical air portion 6 and d is the damper coefficient of the acoustic tube 5.
【００５６】[0056]
【数１６】 [Equation 16]
【００５７】[0057]
【数１７】 [Equation 17]
【００５８】[0058]
【数１８】 [Equation 18]
【００５９】ここで圧力変化手段１０の駆動周波数とし
てはハウジング７、孔２の寸法等とにより決定されるヘ
ルムホルツ共振周波数が選択されるので、Since the Helmholtz resonance frequency determined by the housing 7, the size of the hole 2, etc. is selected as the drive frequency of the pressure changing means 10,
【００６０】[0060]
【数１９】 [Formula 19]
【００６１】すなわち、音圧変化手段１０の駆動回路１
１による駆動角周波数（ヘルムホルツ共振角周波数）ω
rはThat is, the drive circuit 1 for the sound pressure changing means 10
Driving angular frequency by 1 (Helmholtz resonance angular frequency) ω
r is
【００６２】[0062]
【数２０】 数２０を数１８に代入することによつて[Equation 20] By substituting equation 20 into equation 18,
【００６３】[0063]
【数２１】 [Equation 21]
【００６４】すなわち、上記数２１において、音圧発生
手段１０の駆動周波数をヘルムホルツ共振周波数（角周
波数としてはωrで表される）とし、かつ駆動電圧をピ
ーク値が一定な正弦波と設定しているので、Ｕ(ｉω)＝
定数値、△Ｐ(ｉω)＝マイクロホン８の出力電圧値と設
定できる。 それゆえにThat is, in the above equation 21, the driving frequency of the sound pressure generating means 10 is set to the Helmholtz resonance frequency (angular frequency is represented by ω r ) and the driving voltage is set to a sine wave having a constant peak value. Therefore, U (iω) =
A constant value, ΔP (iω) = output voltage value of the microphone 8, can be set. Hence
【００６５】[0065]
【数２２】 [Equation 22]
【００６６】により、ダンパ係数ｄが算出されるので、
上記数２２を数６に代入することによりSince the damper coefficient d is calculated by
By substituting the above equation 22 into equation 6,
【００６７】[0067]
【数２３】 [Equation 23]
【００６８】と流速Ｖfが算出される。And the flow velocity V f is calculated.
【００６９】[0069]
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、壁面
に穴が穿設された包囲体の内部空間の圧力を低周波数で
変動せしめると共に、前記壁面の穴を、測定対象である
流体の流れに接するように配設し、それによつて発生す
る前記包囲体の内部空間の圧力変化に基づいて前記流体
の速度を算出するようにした方法及びその装置であるの
で、簡単な方法で精度よく流速を測定することができる
ようになり、測定装置が安価になると共に、保守管理が
簡単になることが出来るという極めて大きな効果が発揮
される。また小規模な製造設備で作成することが出来る
ので、設備投資が少なくて済むという極めて大きな産業
上の効果が発揮される。As described above, according to the present invention, the pressure in the inner space of the enclosure having the hole formed in the wall surface is changed at a low frequency, and the hole in the wall surface is filled with the fluid to be measured. Since the method and the device are arranged so as to be in contact with a flow, and the velocity of the fluid is calculated based on the pressure change in the inner space of the enclosure generated thereby, the method and the device therefor are simple and accurate. Since the flow velocity can be measured, the measuring device becomes inexpensive, and the maintenance can be simplified, which is an extremely significant effect. Also, since it can be created with a small-scale manufacturing facility, it has an extremely large industrial effect that requires less capital investment.
【図１】本発明の原理を説明するための構成説明図であ
る。FIG. 1 is a configuration explanatory view for explaining the principle of the present invention.
【図２】図１を説明するための作用説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory view for explaining FIG.
【図３】図１を説明するための作用説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory view for explaining FIG. 1.
【図４】図１を説明するための作用説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory view for explaining FIG. 1.
【図５】本発明の原理を説明するために示した図１の構
成説明図を具体化した第１実施例を示す構成説明図であ
る。FIG. 5 is a structural explanatory view showing a first embodiment which embodies the structural explanatory view of FIG. 1 shown for explaining the principle of the present invention.
【図６】図５に示した構成説明図のモデルと等価な振動
系の物理モデルである。FIG. 6 is a physical model of a vibration system equivalent to the model of the configuration explanatory diagram shown in FIG.
【図７】本発明の第２実施例を説明するための図であ
る。FIG. 7 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention.
【図８】図５に示した実施例による実験結果（精度）を
示すグラフである。8 is a graph showing experimental results (accuracy) according to the example shown in FIG.
【図９】図７に示した仕切板１３の変形例を示す説明図
である。9 is an explanatory view showing a modified example of the partition plate 13 shown in FIG.
【図１０】本発明の第３実施例を説明するための図であ
る。FIG. 10 is a diagram for explaining the third embodiment of the present invention.
【図１１】図１０の要部拡大説明図である。11 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG.
１ パイプ ２ 孔 ３ スピーカ（音圧発生手段） ７ ハウジング ８ マイクロホン（音圧検出手段） ９ 係数回路 ９’係数回路 １０ 音圧発生手段 １１ 駆動回路 １２ 壁板 １３ 仕切板 １４ マイクロホン（音圧検出手段） １７ ハウジング ２０ 第１絶対値回路 ２１ 加算回路 ２２ 第２絶対値回路 ２３ 除算回路 ２４ 係数回路 1 pipe 2 hole 3 speaker (sound pressure generating means) 7 housing 8 microphone (sound pressure detecting means) 9 coefficient circuit 9'coefficient circuit 10 sound pressure generating means 11 drive circuit 12 wall plate 13 partition plate 14 microphone (sound pressure detecting means) ) 17 housing 20 first absolute value circuit 21 addition circuit 22 second absolute value circuit 23 division circuit 24 coefficient circuit
Claims (2)
の圧力を所定の周波数で変動せしめると共に、前記壁面
の穴を、測定対象である流体の流れに接するように位置
せしめ、それによつて発生する前記包囲体の内部空間の
圧力変化に基づいて前記流体の速度を算出することを特
徴とする流体速度検出方法。1. A pressure in an inner space of an enclosure having a hole formed in a wall surface is varied at a predetermined frequency, and the hole in the wall surface is positioned so as to be in contact with a flow of a fluid to be measured. A method for detecting a fluid velocity, characterized in that the velocity of the fluid is calculated based on a pressure change in the internal space of the enclosure that is generated.
象である流体の流れに接するように位置せしめられる包
囲体と、該包囲体の内部空間の圧力を所定の周波数で変
動せしめる音圧発生手段と、前記包囲体の内部空間に発
生する圧力変化に基づいて前記流体の速度を算出する流
速検出手段とを備えてなることを特徴とする流体速度検
出装置。2. An enclosure having a hole formed in a wall surface thereof, the hole being positioned so as to come into contact with a flow of a fluid to be measured, and a pressure in an internal space of the enclosure is varied at a predetermined frequency. A fluid velocity detecting device comprising: a sound pressure generating unit; and a flow velocity detecting unit that calculates a velocity of the fluid based on a pressure change generated in the inner space of the enclosure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25721291A JPH0572218A (en) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | Method and apparatus for detecting velocity of fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25721291A JPH0572218A (en) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | Method and apparatus for detecting velocity of fluid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572218A true JPH0572218A (en) | 1993-03-23 |
Family
ID=17303222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25721291A Pending JPH0572218A (en) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | Method and apparatus for detecting velocity of fluid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0572218A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101382057B1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-04-04 | 한국항공우주연구원 | Apparatus and method for measuring flow velocity band using bellows and microphone |
-
1991
- 1991-09-10 JP JP25721291A patent/JPH0572218A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101382057B1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-04-04 | 한국항공우주연구원 | Apparatus and method for measuring flow velocity band using bellows and microphone |
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