JPH063390B2

JPH063390B2 - 相関式流量計

Info

Publication number: JPH063390B2
Application number: JP61089423A
Authority: JP
Inventors: 豊稲田
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1986-04-18
Publication date: 1994-01-12
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: JPS62245926A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、流れの情報を流路の上流側と下流側とで検出
してその相互関値より流量を測定する相関式流量計に関
するものである。

［従来の技術］従来の相関式流量計としては、流体の流れる配管の長手
方向の複数箇所に、間隔をおいて流れに関する情報、た
とえば超音波の伝達特性、を測定するセンサを配管をは
さんで対向配置し、各センサの測定データの相関関係か
ら、流体に生じた「流れの乱れ」のうちのある特定の周
波数が各センサに検出される時間差を演算して流量を知
ることができるようにしたものがある。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、上記のような流量計においては、センサは配
管をはさんで対向配置されているだけなので、前記「流
れの乱れ」を検出できる範囲はセンサの対向線上でしか
ない。したがって、上流側で乱れを検出しても、この乱
れが回転したり、多少拡散したりすると下流側のセンサ
の対向線上を通過せず、このため乱れは検出されない場
合が多かった。すなわち、各センサ間を同様の流れ（乱
れ）が通過するのは非常に限られた状態のときでしかな
く、このため安定した相関を得るのは困難であった。

［問題点を解決するための手段］本考案は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、配管の長手方向の複数箇所に互いに間隔をおいて
それぞれ設けられるセンサとして、管内流体に二つの周
波数を合成した合成波を有限振幅で管路中に集束するよ
うに発進する発信器と、前記焦点の周囲の管壁の略全周
に、焦点より生じる前記合成波の二次波に感応する受信
器とを設けるようにしたことを特徴としている。

［作用］各発信器より管内流体に合成波を送ると、流体の非直線
性により、合成波の焦点から管路の全断面を伝達し各受
信器によって検出される。流体に「流れの乱れ」が生じ
ると二次波が変調し、これを各受信器が検出し、これら
のデータを相互比較することにより流量を測定すること
ができる。二次波は管路の全断面を伝達しているので
「流れの乱れ」に回転や多少の拡散が起こっても確実に
下流側の二次波を通過するので、確実に「流れの乱れ」
の情報の検出ができる。

［実施例］以下、第１図および第２図を参照して本考案の一実施例
を説明する。

これら図中符号１は、流量の測定が行なわれる配管であ
る。

この配管１の外周には、上流側超音波センサ２Ａと下流
側超音波センサ２Ｂとが、配管１の管軸方向に互いに間
隔をおいて設けられている。

これら超音波センサ２Ａ、２Ｂは互いに同一の構成とさ
れており、それぞれ超音波発信器３ａ、３ｂおよび超音
波受信器４ａ、４ｂとから構成されている。

各超音波発信器３ａ、３ｂは、音波の発振方向が、所定
の角度をもって管内流体の流れ方向に向かって斜めとな
るよう傾斜台５ａ、５ｂを介して設置されている。ま
た、各超音波発信器３ａ、３ｂは、発振する音波が管路
の横断面の略中心に集束するような機能を有している。

各超音波発信器３ａ、３ｂは、合成および駆動回路６を
介して二つの超音波源７ａ、７ｂに接続されている。こ
れら、超音波源７ａ、７ｂは、互いに周波数の異なる超
音波を発するもので、これら超音波は、合成および駆動
回路６によって有限振幅となるよう合成され合成波とな
り、これが一次音波８として各超音波発振器３ａ、３ｂ
から、配管１の管壁を介して管内流体に伝達するように
なっている、この一次音波８は超音波発振器３ａ、３ｂ
により、管路の略中央に集束するようになっている。符
号９ａ、９ｂがその焦点である。

一方、超音波受信器４ａ、４ｂは、第２図に示すよう
に、前記焦点９ａ、９ｂに対応する周囲の管壁の外周の
略全周に亘って設けられている。これら超音波受信器４
ａ、４ｂの超音波信号は、信号処理回路１０に入力さ
れ、それぞれの信号が復調された後、相互相関演算処理
を受けるようになっている。

次いで、以上のように構成された相関式流量計の測定原
理を説明する。

配管１内に流体を流した状態で、二つの超音波源７ａ、
７ｂを作動させると、これら超音波源７ａ，７ｂから発
信した異なる音波は合成および駆動回路６によって合成
され、超音波発信器３ａ、３ｂから、有限振幅である一
次音波８として流体に対してななめに入射される。この
一次音波８は、管路の略中央の焦点９ａ、９ｂに集束す
る。なお、この焦点９ａ、９ｂは、流体の流れ等によ
り、ある領域内で移動する。

このように一次音波８を焦点９ａ、９ｂに集束するよう
に流体に入射すると、一次音波８は有限振幅であるた
め、音波の伝播に対する流体すなわち媒質の非直線性に
より、一次音波８に含まれる二つの周波数が相互干渉
し、この二次音波１１がそれぞれの焦点９ａ、９ｂより
発生する。すなわち、焦点９ａ、９ｂにおいては、音圧
振幅が特に大きくなることから強い相互干渉が生じ、こ
れにより二次音波１１が発生して流体を伝達していく。
この二次音波１１は、各超音波受信器４ａ、４ｂによっ
て検出される。

ここで、流体に流れの乱れが生じると二次音波１１に変
調が生じ、この変調した波形が各超音波受信器４ａ、４
ｂにより検出される。二次音波１１は、各超音波受信器
４ａ、４ｂの設置されている部分の管路の全断面を伝達
しているので、上流側で検出された流れの乱れが下流側
の超音波受信器４ｂに至るまでに回転あるいは多少拡散
しても、常に二次音波１１を通過することとなるので確
実に検出される。

この検出信号は、信号処理回路１０に入力され、それぞ
れ流れの乱れの信号が復調された後、相互相関法により
上流側と下流側との時間差が求められ、これにより流体
の速度が求められる、そして、求められた流体の速度
と、配管１の断面積との積により流量が算出される。

以上のように、本実施例によれば、上流側および下流側
の各超音波センサ２Ａ、２Ｂによって、その部分の管路
の全断面における流れの乱れの情報を検出するようにし
たので、流れの乱れに回転や多少の拡散などが起きて
も、乱れの情報を確実に検出でき、したがって安定な相
関を得ることができるようになった。

なお、上記実施例では、超音波発信器３ａ、３ｂから発
信される一次音波８は、その焦点９ａ、９ｂが管路の略
中央に位置するように入射されているが、焦点９ａ、９
ｂは特に管路の略中央に限定されるものではなく、管路
中であればどの位置に設定してもよい。

また、上記実施例では、流路の上流側、下流側の２箇所
で測定を行なうようにしたが、さらに多数箇所に同様の
センサを設けてこれらの相関値を求めるようにしてもよ
い。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の相関式流量計によれば、
管路の全断面における流れの乱れの情報を検出するよう
にしたので、流れの乱れに回転や多少の拡散などが起き
ても、乱れの情報を確実に検出でき、したがって安定な
相関を得ることができるようになった。

【図面の簡単な説明】第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は側面図、第２図は第１図のII-II(III-III)線に
沿う矢視図である。１……配管、２Ａ、２Ｂ……超音波センサ（センサ）、
３ａ、３ｂ……超音波発信器（発信器）、４ａ、４ｂ…
…超音波受信器（受信器）、８……一次音波（合成
波）、９ａ、９ｂ……焦点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配管の長手方向に互いに間隔をおいて複数
箇所にそれぞれセンサを設け、各センサの検出信号の相
互関係値から配管内を流れる流体の流量を測定する相関
式流量計において、前記各センサは、管内流体に二つの
周波数を合成した合成波を有限振幅で管路中に集束する
ように発信する発信器と、前記焦点の周囲の管壁の略全
周に亘って設けられ、焦点より生じる前記合成波の二次
波に感応する受信器とからなることを特徴とする相関式
流量計。