JPH0572219A - Method and apparatus for detecting velocity of fluid - Google Patents

Method and apparatus for detecting velocity of fluid

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JPH0572219A
JPH0572219A JP25723491A JP25723491A JPH0572219A JP H0572219 A JPH0572219 A JP H0572219A JP 25723491 A JP25723491 A JP 25723491A JP 25723491 A JP25723491 A JP 25723491A JP H0572219 A JPH0572219 A JP H0572219A
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JP
Japan
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fluid
equation
hole
velocity
housing
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JP25723491A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshijirou Watanabe
嘉二郎 渡辺
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable execution of highly precise detection by a method wherein a pressure in an internal space of a surrounding body in the wall surface of which a hole is bored is made to fluctuate at a prescribed frequency, the hole of the wall surface is so disposed as to be in contact with the flow of a fluid and the velocity of the fluid is calculated from a change in the pressure generated. CONSTITUTION:First and second surrounding means 12a and 12b have holes 13 and 14 bored in the wall surfaces thereof respectively, while a third surrounding means 12c has no hole bored in the wall surface. These means 12a to 12c are provided adjacently and the wall surfaces of the means 12a to 12c are formed partially of elastic vibrating bodies 15a and 16a. Moreover, a fluid is made to flow through so that it comes into contact with the holes 13 and 14 provided in the means 12a and 12b and a pressure fluctuation is generated in the means 12b through one hole 14. Fluctuations in the means 12a and 12c accompanying the aforesaid pressure fluctuation are detected by sound pressure detecting means 17 and 18 and the velocity of the fluid is measured therefrom.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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として、例えば
エアフローセンサを例にとって説明する。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, an air flow sensor will be described as an example. That is, in the air flow sensor, a thin heater wire is arranged in the gas flow so as to be orthogonal to the gas flow direction, a constant current is supplied to the heater wire in a pulsed manner, and the resistance change due to heat radiation of the heater wire is changed. By detecting, the flow velocity of the flowing fluid was detected.

【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薬剤
の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
にあるという恐れがあつた。
However, in such a conventional fluid velocity detecting method, since the heater wire is in direct contact with the fluid, dust, chemical vapor, etc. are mixed into the fluid. If it is attached to the heater wire, or the surface of the heater wire is in direct contact with the chemical vapor in the fluid for a long period of time, the heat dissipation state changes over time, There is a possibility that the thermal relationship between the fluid and the heater wire may change and the error may gradually increase.

【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
体に常時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
定誤差が大きくなり、またヒーター線の弾性限界を越え
ないように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。
Furthermore, since an external force proportional to the velocity of the fluid hits the thin heater wire and the heater wire always acts on the fluid as a flow resistance, when the fluid with high velocity is to be measured, the heater is used. There is a risk that the wire will be stretched and the measurement error will increase, and that if the external force acts so as not to exceed the elastic limit of the heater wire, the heater wire will have a resistance value different from the initial resistance value.

【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測定方法
を簡略かでき、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. To propose a fluid velocity detecting method and its device, which can simplify the measuring method by using a generally well-known speaker and a microphone, which is cheaper, more accurate, and has a simpler device configuration than ever before. With the goal.

【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(包囲手段)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置し、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 (enclosure means) having a hole formed in a wall surface is varied at a predetermined frequency, and the hole in the wall surface is measured. The fluid is arranged so as to come into contact with a flow of a certain fluid, and the velocity of the fluid is calculated based on 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
の包囲手段内の圧力変動を検出することによつて流体の
速度を簡単に測定する。
The fluid velocity method and apparatus according to the present invention are
The pressure of the gas in the enclosure is changed by changing the pressure of the gas in the enclosure at the Helmholtz resonance frequency determined by the dimensions of the enclosure, the hole, etc., and the pressure in the enclosure means at that time by acting with the fluid to be measured through the hole of the enclosure. The velocity of the fluid is simply measured by detecting the variation.

【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
配置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 having a diameter 2r formed in the wall surface of the pipe 3 is a sound pressure generating means such as a speaker, which is arranged to face the hole 2 formed in the wall surface of the pipe 1 at a predetermined interval. Driven by frequency. 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の上端面にも前記気体が速度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, the gas flows in the pipe 1 from the direction A to the direction B at the flow velocity V f , and the gas also flows at the upper end surface of the acoustic tube 5 at the velocity V f . Assuming that, the cylindrical 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 is shown by the diagonal lines C and D in FIG. Is flowed downstream (direction B) by an amount proportional to (indicated by L in FIG. 4). 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 occurs 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VfAt 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2r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1
1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 Drive circuit 1 in which the output frequency is set to the Helmholtz resonance frequency determined by the size of the diameter 2r of the
1 drives a 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は増幅回路等からなる係数回路で、
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 including an amplifier circuit,
The detection output from the microphone 8 is amplified by 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)、
0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、その共振角周波数ωr
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. , Its 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(または駆動角周波数)をヘルムホルツ共振
周波数(ヘルムホルツ共振角周波数)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。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
In Equation 12, the drive frequency (or drive angular frequency) of the sound pressure generating means 10 is set to the Helmholtz resonance frequency (Helmholtz resonance angular frequency), and the drive voltage is set to a sine wave having a constant peak value. So U
(iω) = constant value, ΔP (iω) = output voltage value of the microphone 8 can be set. Therefore, by calculating the damper coefficient d from the above equation 12 by arithmetic calculation and substituting the result into the equation 6,

【0040】となり、測定対象の流体の流速Vfは求め
られる。
Then, the flow velocity V f of the fluid to be measured is obtained.

【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この発明、
即ちスピーカ等の音圧変化手段を用いない実施例の流速
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, based on the apparatus shown in FIG.
That is, a flow velocity detection method and apparatus of an embodiment that does not use a sound pressure changing means such as a speaker will be described. In FIG. 7, FIG.
The same components as those shown in (1) or their equivalents are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0043】すなわち同図において、12はハウジング
(包囲体)で、同一容積を有する第1ハウジング(第1
包囲体)12a及び第3ハウジング(第3包囲体)と、
該ハウジングの容積より若干小さめの容積Vh(発生す
る乱流による膨張分△Vだけ小さい容積)を有する第2
ハウジング(第2包囲体)からなり、第1ハウジング1
2aはその上壁に第1の孔13が穿設され、パイプ1内
に連通されている。また第2ハウジング12bもその上
壁に第2の孔(前記孔13の開口面積と同一)14が穿
設されている。また第1ハウジング12a及び第2ハウ
ジング12bの互いに隣接する側壁は仕切り板15によ
つて共用化され、その仕切り板15の一部分は弾性振動
板15aから形成されている。また第2ハウジング12
b及び第3ハウジング12cの互いに隣接する側壁も、
仕切り板16によつて共用化され、その仕切り板16の
一部分も弾性振動板16aから形成されている。
That is, in the figure, 12 is a housing (enclosure), which is a first housing (first housing) having the same volume.
An enclosure 12a and a third housing (third enclosure),
Second volume having a volume V h slightly smaller than the volume of the housing (volume smaller by expansion ΔV due to turbulent flow generated)
The first housing 1 is composed of a housing (second enclosure).
The upper wall of 2a has a first hole 13 formed therein, and communicates with the inside of the pipe 1. The second housing 12b also has a second hole (same as the opening area of the hole 13) 14 in the upper wall thereof. The side walls of the first housing 12a and the second housing 12b adjacent to each other are shared by a partition plate 15, and a part of the partition plate 15 is formed of an elastic diaphragm 15a. The second housing 12
The adjacent side walls of b and the third housing 12c are also
It is shared by the partition plate 16, and a part of the partition plate 16 is also formed of the elastic vibration plate 16a.

【0044】なお、弾性振動板15a、15bの双方は
同一形状で、かつ同一特性のものであり、また前記第1
の孔13はパイプ1内を流通する気体によつて第1ハウ
ジング12a内に乱流を発生させないように、即ち音響
を発生させないように、また後述の第2の孔14におい
て乱流が発生しやすく、かつその乱流(この乱流の周波
数成分の中にはヘルムホルツ共振を発生するような周波
数成分が含まれるように設定されている)が第2ハウジ
ング12c内に入り込み易いように、開口部の風上側及
び風下側に一対の整流用板部材13a及び13bがパイ
プ1内方向に、かつ流通する流体の下流に向け、平行し
て延設され、また第2の孔14の開口部の風上側からは
第2ハウジング12b内に向けて第1流れ方向変更板1
4aが延設され、風下側からはパイプ1内風上側に向け
て第2流れ方向変更板14bが平行して延設されてい
る。
Both of the elastic diaphragms 15a and 15b have the same shape and the same characteristics, and the first diaphragm
The holes 13 in the first housing 12a do not generate turbulence due to the gas flowing in the pipe 1, that is, do not generate sound, and turbulence occurs in the second holes 14 described later. An opening is formed so that the turbulent flow (the frequency component of this turbulent flow is set to include a frequency component that causes Helmholtz resonance) easily enters the second housing 12c. A pair of rectifying plate members 13a and 13b are provided in parallel on the windward side and the leeward side of the pipe 1 inward of the pipe 1 and toward the downstream side of the flowing fluid. From the upper side, the first flow direction changing plate 1 is directed toward the inside of the second housing 12b.
4a is extended, and the second flow direction changing plate 14b is extended in parallel from the leeward side toward the windward side in the pipe 1.

【0045】19は差動増幅回路で、第3ハウジング1
2c内の音圧変動を検出するマイクロホン(第1マイク
ロホン17と同一特性)18からの検出出力と、第1ハ
ウジング12a内に設けられ、該第1ハウジング内の音
圧変動を検出する第1マイクロホン17から出力される
検出出力との差を求め、その差に所定の係数を掛け合わ
せてた信号を出力する。20は第1係数回路で、第3ハ
ウジング12c内に設けられ、該第3ハウジング内の音
圧変動を検出する第2マイクロホン18から出力される
検出出力を入力し、その入力信号に所定の係数を掛け合
わせて、出力する。
Reference numeral 19 denotes a differential amplifier circuit, which is the third housing 1
A detection output from a microphone (having the same characteristics as the first microphone 17) 18 for detecting a sound pressure fluctuation in 2c, and a first microphone provided in the first housing 12a for detecting a sound pressure fluctuation in the first housing. The difference from the detection output output from 17 is calculated, and the difference is multiplied by a predetermined coefficient to output a signal. Reference numeral 20 denotes a first coefficient circuit, which is provided in the third housing 12c, receives a detection output output from the second microphone 18 that detects a sound pressure fluctuation in the third housing, and inputs a predetermined coefficient into the input signal. Multiply and output.

【0046】21は第1絶対値回路で、第1係数回路2
0からの出力信号の絶対値を求める。22は第2絶対値
回路で、前記差動増幅回路19からの出力を入力し、そ
の絶対値を求める。23は第1絶対値回路21及び第2
絶対値回路22からのそれぞれの出力信号を入力し、第
1絶対値回路21からの出力信号を第2絶対値回路22
からの出力信号で除算して除算結果を出力する。24は
第2係数回路で、除算回路24からの出力信号に所定の
係数を掛け合わせ、目的とする流体の速度Vfを求め
る。
Reference numeral 21 is a first absolute value circuit, which is a first coefficient circuit 2
The absolute value of the output signal from 0 is calculated. A second absolute value circuit 22 receives the output from the differential amplifier circuit 19 and obtains its absolute value. 23 is a first absolute value circuit 21 and a second absolute value circuit
Each output signal from the absolute value circuit 22 is input, and the output signal from the first absolute value circuit 21 is input to the second absolute value circuit 22.
Divide by the output signal from and output the division result. A second coefficient circuit 24 multiplies the output signal from the division circuit 24 by a predetermined coefficient to obtain the target fluid velocity V f .

【0047】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)は第2ハウジング12b
内に案内される乱流により、弾性振動板15を介して誘
起される第1ハウジング12a内の内圧変化量(音圧変
化量)、△P2(t)は第3ハウジング12b内に案内され
る乱流により、弾性振動板16aを介して誘起される第
3ハウジング12c内の内圧変化量、△Pは第2ハウジ
ング12c内に案内される乱流によつて発生する内圧変
化量、P0は大気圧、X(t)はパイプ1の孔13の部分に
発生する空気柱6の上下方向の変位量、U(t)は弾性振
動板15a、16aの受圧面の振動方向の変位量、rは
パイプ1の孔13の半径(空気柱6の半径でもある)、
0は双方の部屋7a,7bの実空間容積、Sは弾性振
動板15a、16aの面積、γは気体(流体)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は空気柱6の断面積(孔13、14の開口面
積に等しい)、ksは弾性振動板15a,16aのバネ
定数、mは前記空気柱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し、第1ハウジング12a、及
び第3ハウジング12c内の音圧変動について式を立て
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 second housing 12b
Due to the turbulent flow guided inside, the internal pressure change amount (sound pressure change amount) ΔP 2 (t) in the first housing 12a induced via the elastic vibration plate 15 is guided into the third housing 12b. Turbulent flow induced by the turbulent flow through the elastic diaphragm 16a, the internal pressure change amount in the third housing 12c, ΔP is the internal pressure change amount generated by the turbulent flow guided in the second housing 12c, P 0 Is the atmospheric pressure, X (t) is the vertical displacement of the air column 6 generated in the hole 13 portion of the pipe 1, U (t) is the displacement of the elastic diaphragms 15a, 16a in the vibration direction of the pressure receiving surfaces, r is the radius of the hole 13 of the pipe 1 (also the radius of the air column 6),
V 0 is the actual space volume of both chambers 7a and 7b, S is the area of the elastic diaphragms 15a and 16a, γ is the specific heat ratio of gas (fluid) (1.4 in the case of air), and V f is in the pipe 1. Flow velocity of the gas, A is the cross-sectional area of the air column 6 (equal to the opening area of the holes 13 and 14), k s is the spring constant of the elastic diaphragms 15a and 16a, m is the mass of the air column 6, and d is the sound. Set as a damper coefficient generated in the pipe 5, and formulating a sound pressure fluctuation in the first housing 12a and the third housing 12c

【0048】[0048]

【数13】[Equation 13]

【0049】[0049]

【数14】[Equation 14]

【0050】 ただし、m=ρ(π/2)rA d=K(π/2)rρVf k=(γP0/V0)A2 However, m = ρ (π / 2) rA d = K (π / 2) rρV f k = (γP 0 / V 0 ) A 2

【0051】また、弾性振動板15a,16aのそれぞ
れに作用する力について式を立てと U(s)=(△P/ks)・S となる。ここで、第2ハウジング12bについて考える
と、第2ハウジング12bは第2の孔14の周縁部に突
設された流れ方向変更板14a、14bを介して乱流が
入り込むことによつて少し膨らむので、膨らむ前の容積
をVh、入り込む乱流の圧力を△Pdとして、第2ハウジ
ング12b内の音圧変化について式を立てると
[0051] Further, the elastic diaphragm 15a, erected an expression for the force acting on each of 16a and U (s) = (△ P / k s) · S. Here, considering the second housing 12b, the second housing 12b swells a little due to turbulent flow entering through the flow direction changing plates 14a and 14b projecting from the peripheral portion of the second hole 14. Assuming that the volume before swelling is V h and the pressure of the turbulent flow that enters is ΔP d , the formula for the sound pressure change in the second housing 12b is established.

【0052】[0052]

【数15】また、付加質量mに作用した力について式を
立てると
[Equation 15] Further, when formulating the force acting on the added mass m,

【0053】[0053]

【数16】となる。数16をラプラス変換して整理する
[Equation 16] If you convert the number 16 by Laplace conversion and arrange

【0054】[0054]

【数17】ここで、数17を数15に代入して、整理す
ると
[Equation 17] Here, substituting Equation 17 into Equation 15 and rearranging

【0055】[0055]

【数18】ここで、第2ハウジング12bの容積Vを次
の数19のように設定すると
[Equation 18] Here, if the volume V of the second housing 12b is set as in the following Equation 19,

【0056】[0056]

【数19】第2ハウジング12bの最大膨らみ量VhThe maximum bulge amount V h of the second housing 12b is

【0057】[0057]

【数20】となる。ここで、数13及び数14より△P
2(t)−△P1(t)を求めると
[Equation 20] Here, from Equations 13 and 14, ΔP
When 2 (t)-△ P 1 (t) is calculated

【0058】[0058]

【数21】また、第1ハウジング12a内の圧力変動は
ヘルムホルツ共振周波数で変動しているので、その角周
波数ωrではms2+k=0 それゆえ
Since the pressure fluctuation in the first housing 12a fluctuates at the Helmholtz resonance frequency, ms 2 + k = 0 at the angular frequency ω r.

【0059】[0059]

【数22】となる(差動増幅回路19の出力)ので、△
2(t)の絶対値と△P2(t)−△P1(t)の絶対値との比を
とると
Since (Equation 22) (the output of the differential amplifier circuit 19), Δ
Taking the ratio of the absolute value of P 2 (t) and the absolute value of ΔP 2 (t) −ΔP 1 (t)

【0060】[0060]

【数23】となる(除算回路3の出力)。さらに、数6
に数23を代入すると
(23) (the output of the division circuit 3). Furthermore, the number 6
Substituting equation 23 into

【0062】[0062]

【数24】 となり、流体の速度Vf[Equation 24] And the fluid velocity V f is

【数25】と求められ、その実験結果による特性は図9
のような直線性が得られる。数25に示されるように、
式中には音速C0の項が入っておらないので、周囲温度
に関係なく流速Vfが求められる。
[Equation 25] is obtained, and the characteristic according to the experimental result is shown in FIG.
The linearity like is obtained. As shown in Equation 25,
Since the equation does not include the term of the speed of sound C 0, the flow velocity V f can be obtained regardless of the ambient temperature.

【0063】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8に示すように仕切り板15、16に微細孔26
a、26bを穿設し、周囲温度変化による圧力変動が第
1乃至第3ハウジング12a、12b、12cのいずれ
かに発生した場合でも該微細孔26a,26bを介して
第1乃至第3ハウジング12a、12b、12c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
圧力変化を意味する)を同一にする様にすればよい。な
お図8においては、第2ハウジング12bの底壁にネジ
孔を設け、そのネジ孔にボルト25を螺合して第2ハウ
ジング12bの容積を調整可能にしたものを示す。
Further, the structure described with reference to FIG.
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, but in the case where the temperature is different or the temperature greatly changes during use, the case shown in FIG. As shown in FIG.
Even when the pressure fluctuations due to the ambient temperature change occur in any of the first to third housings 12a, 12b and 12c, the first to third housings 12a are provided via the fine holes 26a and 26b. The static pressure (meaning a loose pressure change) may be made to be the same by circulating the air of Nos. 12, 12b and 12c. In FIG. 8, a screw hole is provided in the bottom wall of the second housing 12b, and a bolt 25 is screwed into the screw hole so that the volume of the second housing 12b can be adjusted.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、壁面
に孔が穿設された第1及び第2包囲手段並びに壁面に孔
の穿設されない第3包囲手段を隣接して設け、かつそれ
らの隣接する該第1乃至第3包囲体の壁面の一部を弾性
振動体で形成せしめ、さらに前記第1及び第2包囲手段
に設けられた前記孔及びに接するように流体を流通せし
めて、前記一方の孔を介して第2包囲手段内で圧力変動
を発生せしめ、その圧力変動に伴う第1包囲手段内の圧
力変動の大きさに基づいて前記流体の速度を求めること
を特徴とする流体速度検出方法及びそれぞれの壁面に孔
が穿設され、かつ該孔のそれぞれが流体の流れに接する
ように位置せしめられる第1包囲手段及び第2包囲手段
と、密閉された第3包囲手段と、圧力変動を伝播するた
めに前記第1乃至第3包囲手段のそれぞれの壁面に形成
された振動伝達手段と、前記第1及び第3包囲手段内の
圧力変動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
であるので、測定方法が簡略化され、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 first and second enclosing means having holes formed in the wall surface and the third enclosing means having no holes formed in the wall surface are provided adjacent to each other. A part of the wall surface of the adjacent first to third enclosures is formed of an elastic vibrating body, and a fluid is circulated so as to contact the holes and the holes provided in the first and second enclosure means, A fluid characterized in that a pressure fluctuation is generated in the second surrounding means through the one hole, and the velocity of the fluid is obtained based on the magnitude of the pressure fluctuation in the first surrounding means due to the pressure fluctuation. A velocity detecting method and a first enclosing means and a second enclosing means, each of which is provided with a hole in each wall surface, and each of the holes is positioned so as to be in contact with a fluid flow; In order to propagate the pressure fluctuation, the first to And a flow velocity detecting means for calculating the velocity of the fluid based on pressure fluctuations in the first and third surrounding means. Since it is a fluid velocity detection device that operates, the measurement method is simplified, the flow velocity can be measured accurately, the measurement device becomes inexpensive, and the maintenance management is very effective. Is demonstrated. Also, since it can be created with a small-scale manufacturing facility, it has an extremely large industrial effect that requires less capital investment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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】本発明の基本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構成説明図である。
FIG. 5 is a diagram shown for explaining the basic principle of the present invention.
It is a structure explanatory view which materialized the structure explanatory drawing of.

【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】本発明の実施例を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an example of the present invention.

【図8】図7に示した実施例の他の実施例を説明する説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating another embodiment of the embodiment shown in FIG.

【図9】図7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。
9 is a graph showing an experimental result (accuracy) according to the example shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パイプ 2、13、14 孔 3、10 スピーカ(音圧発生手段) 7、12a、12b、12c ハウジング 8、17、18 マイクロホン(音圧検出手段) 9、20、24 係数回路 11 駆動回路 13a、13b 整流用板部材 14a、14b 流れ方向変更板 19 差動増幅回路 21、22 絶対値回路 23 除算回路 1 Pipes 2, 13, 14 Holes 3, 10 Speakers (sound pressure generating means) 7, 12a, 12b, 12c Housings 8, 17, 18 Microphones (sound pressure detecting means) 9, 20, 24 Coefficient circuit 11 Driving circuit 13a, 13b Rectifying plate members 14a, 14b Flow direction changing plate 19 Differential amplifier circuit 21, 22 Absolute value circuit 23 Dividing circuit

【数13】 [Equation 13]

【数13】 [Equation 13]

【数14】 [Equation 14]

【数14】 [Equation 14]

【数15】 [Equation 15]

【数15】 [Equation 15]

【数16】 [Equation 16]

【数16】 [Equation 16]

【数17】 [Equation 17]

【数17】 [Equation 17]

【数18】 [Equation 18]

【数18】 [Equation 18]

【数19】 [Formula 19]

【数19】 [Formula 19]

【数20】 [Equation 20]

【数20】 [Equation 20]

【数21】 [Equation 21]

【数21】 [Equation 21]

【数22】 [Equation 22]

【数22】 [Equation 22]

【数23】 [Equation 23]

【数23】 [Equation 23]

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 壁面に孔(13)及び(14)が穿設さ
れた第1及び第2包囲手段(12a)及び(12b)、
並びに壁面に孔の穿設されない第3包囲手段(12c)
を隣接して設け、かつそれらの隣接する該第1乃至第3
包囲体の壁面の一部を弾性振動体(15a)、(16
a)で形成せしめ、さらに前記第1及び第2包囲手段
(12a)、(12b)に設けられた前記孔(13)及
び(14)に接するように流体を流通せしめて、前記一
方の孔(14)を介して第2包囲手段(12b)内で圧
力変動を発生せしめ、その圧力変動に伴う第1包囲手段
(12a)内の圧力変動の大きさに基づいて前記流体の
速度を求めることを特徴とする流体速度検出方法。
1. First and second enclosing means (12a) and (12b), wherein holes (13) and (14) are formed in the wall surface,
And third enclosing means (12c) in which no hole is formed in the wall surface
Are provided adjacent to each other, and the adjacent first to third
Part of the wall surface of the enclosure is made up of elastic vibrating bodies (15a), (16
a), and a fluid is circulated so as to come into contact with the holes (13) and (14) provided in the first and second enclosing means (12a) and (12b), and the one hole ( 14) to generate a pressure fluctuation in the second enclosing means (12b), and to obtain the velocity of the fluid based on the magnitude of the pressure fluctuation in the first enclosing means (12a) accompanying the pressure fluctuation. Characteristic fluid velocity detection method.
【請求項2】 それぞれの壁面に孔(13)、(14)
が穿設され、かつ該孔のそれぞれが流体の流れに接する
ように位置せしめられる第1包囲手段(12a)及び第
2包囲手段(12b)と、密閉された第3包囲手段(1
2c)と、圧力変動を伝播するために前記第1乃至第3
包囲手段のそれぞれの壁面に形成された振動伝達手段
(15a)及び(16a)と、前記第1及び第3包囲手
段(12a)及び(12c)内の圧力変動に基づいて前
記流体の速度を算出する流速検出手段(17、18、1
9、20)とを備えてなることを特徴とする流体速度検
出装置。
2. Holes (13), (14) on each wall
A first enclosing means (12a) and a second enclosing means (12b), each of which is positioned so as to be in contact with a fluid flow, and a third enclosing means (1) which is closed.
2c), and the first to third for transmitting the pressure fluctuation
The velocity of the fluid is calculated based on the vibration transmission means (15a) and (16a) formed on the respective wall surfaces of the enclosing means and the pressure fluctuations in the first and third enclosing means (12a) and (12c). Flow velocity detecting means (17, 18, 1)
9, 20), and a fluid velocity detecting device.
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