JPH0666656A - 圧力計およびその圧力計を用いた流速計 - Google Patents

圧力計およびその圧力計を用いた流速計

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JPH0666656A
JPH0666656A JP21916092A JP21916092A JPH0666656A JP H0666656 A JPH0666656 A JP H0666656A JP 21916092 A JP21916092 A JP 21916092A JP 21916092 A JP21916092 A JP 21916092A JP H0666656 A JPH0666656 A JP H0666656A
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JP
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pressure
pressure gauge
case
sensor
fluid
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JP21916092A
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Shigenobu Tsuruoka
重信 鶴岡
Sanemasa Saito
実政 斉藤
Yutaka Nagae
豊 永江
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Takuwa Corp
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Takuwa Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体中における動圧のみを正確に測定できる
ようにした圧力計と、この圧力計によって測定された圧
力を基にして正確に流速を測定できるようにした流速計
を提供する。 【構成】 この圧力計7はケース17内に水晶式差動型
圧力センサ21を設け、この圧力センサ21に接続され
た一方の検出部43を前記ケース17の先端部に設ける
と共に、圧力センサ21に接続された他方の検出部45
を前記ケース17の側面部に設け、前記ケース17を流
体中に配置して前記一方の検出部43を静圧と動圧が印
加されるべく流体中における流れ方向とほぼ同方向に向
けると共に、他方の検出部45を静圧のみが印加される
べく流れ方向とほぼ直交した方向へ向けてなることを特
徴とする。この圧力計7で検出された動圧による周波数
信号を取り込み、流速を演算処理する演算処理装置75
と、この演算処理装置75で演算処理された流速を検出
する出力手段77と、を備えて、流速計を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、流体中における流体
の圧力並びに流速を検出する圧力計およびこの圧力計を
用いた流速計に関する。
【0002】
【従来の技術】ダム,堰,河川,水路などにおいて流体
中の圧力並びに流速を検出する圧力計並びに流速計は、
例えば、貴重な水資源の水管理用としてその重要性が増
してきている。
【0003】このような環境下において、今までに知ら
れている圧力計は、本出願人などがすでに開発した水晶
式差動型圧力センサを用いたものがある。また流速計と
しては、プロペラ方式、超音波式、電磁式、あるいは電
波式が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した圧
力計は、2つの検出部を備えており、一方の検出部は液
体中に、他方の検出部を大気中に設けて液体の静圧すな
わち水位を検出している。そのため、厳密な流体中の流
速を測定しているものでなかった。
【0005】また、上述した流速計のうち、プロペラ式
の流速計は、浮遊物(ゴミなど)の付着により回転しな
くなり正確な流速が測れない。また、超音波式の流速計
は水深さが浅いときや、気泡の混入、温度勾配、塩分な
どの濃度勾配により超音波が届かなくなることがあり、
適用範囲が狭いという欠点がある。さらに、電磁式の流
速計は浮遊物やノイズなどの電波障害物の影響を受けて
設置型の流速計としては向いていない。電波式の流速計
は、表面流速のみの大流速しか測れないといった問題が
あった。
【0006】この発明の目的は、上記問題点を改善する
ために、流体中における動圧のみを正確に測れるように
した圧力計を提供すると共に、流体中におけるどの深さ
においても、浮遊物の影響を受けず、しかも、気泡の混
入、温度勾配、塩分などの濃度勾配にも影響を受けず、
さらに小〜大流速の広範囲な流速を正確に測れるように
した流速計を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の圧力計は、ケース内に水晶式差動型圧力
センサを設け、この圧力センサに接続された一方の検出
部を前記ケースの先端部に設けると共に、圧力センサに
接続された他方の検出部を前記ケースの側面部に設け、
前記ケースを流体中に配置して前記一方の検出部を静圧
と動圧が印加されるべく流体中における流れ方向とほぼ
同方向に向けると共に、他方の検出部を静圧のみが印加
されるべく流れ方向とほぼ直交した方向へ向けてなるこ
とを特徴とするものである。
【0008】前記圧力計において、前記ケースが流線形
状に形成されていること、また前記一方の検出部と圧力
センサ間および他方の検出部と圧力センサ間をそれぞれ
配管で接続し、この配管中にオイルを封入してなるこ
と、さらに、前記ケース内の圧力センサの近傍に温度セ
ンサを備えてなることが望ましい。
【0009】また、この発明の流速計は、前記圧力計
と、この圧力計で検出された動圧による周波数信号を取
り込み、流速を演算処理する演算処理装置と、この演算
処理装置で演算処理された流速を検出する出力手段と、
を備えてなるものである。
【0010】
【作用】この発明の圧力計を採用することにより、この
圧力計を例えばダム、堰、河川、水路などの流体中に配
置する。しかも、配置の仕方としては一方の検出部を流
体中の流れ方向とほぼ同方向へ置くことによって、動圧
と静圧が検出される。また、他方の検出部を流体中の流
れ方向とほぼ直交した方向へ置くことによって静圧のみ
が検出される。
【0011】一方の検出部で検出された動圧と静圧が、
他方の検出部で検出された静圧のみが、それぞれ水晶式
差動型圧力センサに取り込まれて動圧が正確に測定され
る。
【0012】前記圧力計で測定された動圧による周波数
信号が演算処理装置に取り込まれて、流速が演算処理さ
れる。この演算処理された流速が出力手段によって正確
に出力される。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。
【0014】図5を参照するに、例えば河川の河床1上
には取付プレート3が複数のアンカボルト5で取付けら
れている。取付プレート3上に圧力計7が設けられ、こ
の圧力計7に逆U字形状の取付サドル9を被って複数の
サドル固定ねじ11で固定されている。
【0015】上記構成により、流体としての水の流れの
圧力がこの圧力計7によって正確に測定される。測定さ
れた圧力(動圧)はケーブル保護管13で被われたケー
ブル15を介して遠隔地にある出力手段で出力される。
【0016】前記圧力計7は、図6(A),(B),
(C)に示されているように、橋のピア、水路、護岸な
どにも取付けられて圧力が測定されるものである。
【0017】前記圧力計7の具体的な構成は、図1に示
されているように、流線形状の例えばステンレス(SU
S304)からなるケース17を備えており、このケー
ス17が水面より下の水中にセットされている。ケース
17における中央部材17Cのほぼ中央部にはセンサ取
付保護リング部材19を介して水晶式差動型圧力センサ
21が設けられている。また、ケース17における前
部、後部部材17F,17B(図1において左部、右
部)には頭部、尾部キャップ23F,23Bが取付けら
れている。
【0018】前記ケース17の前部、後部部材17F,
17Bは中央部材17Cに複数のシール25を介してビ
ス27で取付けられている。また、ケース17の前部、
後部部材17F,17Bにはコネクタ29F,29Bが
取付けられていて、このコネクタ29F,29Bにはフ
ィッティングナット31F,31Bを介して螺旋状のテ
フロンからなる細管33F,33Bの一端が接続されて
いる。
【0019】一方、前記水晶式差動型圧力センサ21の
前、後端にはコネクタ35F,35Bが取付けられてい
る。このコネクタ35F,35Bにはフィッティングナ
ット37F,37Bを介して前記細管33F,33Bの
他端が接続されている。
【0020】前記ケース17の前部部材17Fの軸心部
には図1において左右方向へ延伸したテフロンからなる
パイプ39が設けられて、パイプ39の後部が前記コネ
クタ29Fに連通されていると共に、ケース17の後部
部材17Bの軸心部には図1において紙面に対してほぼ
直交した方向へ曲げられたL字状のテフロンからなるパ
イプ41の一端が連通されている。
【0021】前記パイプ39の先端部である圧力導入口
43は水中における流れに向けて開口してほぼ同方向へ
セットされていると共に、パイプ41の後端部である圧
力導入口45は、水中における流れに対してほぼ直交し
た方向へ開口してセットされている。したがって、圧力
導入口43は動圧と静圧の全圧を受けると共に、圧力導
入口45は静圧のみを受けるようにセットされているも
のである。
【0022】前記水晶式差動型圧力センサ21は、すで
に公知のものであるから、その構成を概略的に説明する
と、図2に示されているように、ベースプレート47が
前記センサ取付保護リング部材19に取付けられてい
る。ベースプレート47には真空ケース49が取付けら
れていると共に、真空ケース49には図2において左右
に設けられたベローズ51の間に支持アーム53の一部
が設けられている。
【0023】左部ベローズ51にはコネクタ35F,フ
ィッティングナット37Fを介して細管33Fの一端が
接続されていると共に、右部ベローズ51にはコネクタ
35B,フィッティングナット37Bを介して細管33
Bの一端が接続されている。
【0024】前記支持アーム53にはピポット55が設
けられていると共に、支持アーム53の下面には水晶振
動子57が設けられている。
【0025】上記構成により、図1、図2において、予
め細管33F,33B、パイプ39,41にはオイルが
充満して封入されているから、圧力導入口43により動
圧+静圧の全圧を受け、その全圧はパスカルの原理によ
りパイプ39、フィッティングナット31F、細管33
Fを経て水晶式差動型圧力センサ21に伝達される。
【0026】また、圧力導入口41は、静水圧を検出す
る。圧力導入口45で受けた静水圧は、パイプ41、フ
ィッティングナット31B、細管33Bを経て水晶式差
動型圧力センサ21に伝達される。
【0027】圧力導入口39からの動圧+静圧の全圧が
左部のベローズ51にかかり、一方、圧力導入口41か
らの静圧は右部ベローズ51にかかる。この圧力差であ
る動圧のみが支持アーム53によって水晶振動子57に
伝わることになる。
【0028】水晶は振動子に応力を加えると、発振周波
数が直線的に変化するので、圧力を直接周波数に変換で
きるため、精度が高く、しかも圧力をディジタル量とし
て正確に計測できるものである。なお、パイプ39,4
1、フィッティングナット31F,31Bおよび細管3
3F,33Bに封入するオイルは、適度の加熱処理を行
ない、混入している気体を放出した後に、真空引きしな
がら、封入されるものである。
【0029】前記水晶式差動型圧力センサ21の近傍に
は、図1に示されているように、水晶式温度センサ59
が設けられているから、センサ21の温度を検出できる
ようになっていて、温度補償ができる。
【0030】前記圧力計7で測定された動圧を基にして
流速を測定するための変換器61が前記ケーブル15に
接続されている。この変換器61は図3に示されている
ように、CPU63を備えており、このCPU63には
種々のデータや設定値を例えばキーボードなどで入力す
る入力装置65が接続されていると共に、種々のデータ
をCRTあるいはLCDなどで表示する表示装置67が
接続されている。
【0031】また、CPU63には前記水晶式差動型圧
力センサ21、水晶式温度センサ59が接続されてい
る。CPU63には補度補正係数、圧力、流速を求める
際の予め設定された設定値が入力装置65から入力され
て記憶される設定値・メモリ69が接続されていると共
に、定数演算処理装置71、圧力演算処理装置73、流
速演算処理装置75および流速を出力せしめる出力部7
7がそれぞれ接続されている。
【0032】前記定数演算処理装置71では、次式によ
り、各定数C,D,T0 が演算処理される。
【0033】 C=C1 +C2 ・t+C3 ・t2 …(1) D=D1 +D2 ・t+D3 ・t2 …(2) T0 =T01+T02・t+T03・t2 …(3) (但し、t=水晶式温度センサ59で検出された温度
(℃) C1 , C2 , C3 ; D1 , D2 , D3 ; T01, T02, T
03は温度補正係数)
【0034】上記(1) 〜(3) 式で演算処理された定数
C,D,T0 を使用すると共に、水晶式差動型圧力セン
サ21で測定された動圧T(出力周期)を基にして、圧
力演算処理装置73では、次式により正確な圧力(動
圧)Pが演算処理される。
【0035】
【数1】 P=C[{1−T0 /T)2 } −D{1−(T0 /T)2 } 2 ] …(4) また、流速演算処理装置75では、前記圧力演算処理装
置73で演算処理された圧力Pを基にし、さらに流速は
ベルヌーイの定理により、次式で演算処理される。
【0036】 V=A・√P+B …(5) 但し V=流速 A,Bは形状、流向、乱流、粘性などにより定まる定数 次に、流速Vが測定されるまでの動作を、図4に示した
フローチャートを基にして説明すると、まず、ステップ
S1で、C1 ,C2 ,C3 ;D1 ,D2 ,D3;T01,
02, T03を入力装置65から入力して設定値・メモリ
69に一旦記憶させる。ステップS2で水晶式差動型圧
力センサ21で実際の圧力(動圧)Tを検出すると共
に、ステップS3で水晶式温度センサ59で実際の温度
tを検出する。
【0037】ステップS4で、定数演算処理装置71に
前記設定値・メモリ69に一旦記憶されている設定値を
取り込ませて、上記の(1) ,(2) ,(3) 式により、C,
D,T0 の値が演算処理される。さらに、圧力演算処理
装置73では、前記水晶式差動型圧力センサ21、水晶
式温度センサ59で検出された圧力(動力)T、温度t
並びに定数演算処理装置71で演算処理されたC,D,
0 を基にして、上記(4) 式により、圧力Pが正確に演
算処理される。
【0038】ステップS5で、圧力演算処理装置73で
演算処理された圧力Pと、定数A,Bを基にして、上記
(5) 式で流速Vが演算処理される。ステップS6で流速
Vを表示すると共に、ステップS7で出力部77より外
部へ出力される。
【0039】このようにして、圧力計7で例えば水中な
どの流体中の動圧Pを正確に測定できると共に、流速V
も正確に測定することができる。本実施例における圧力
計7は可動タイプであり、どこにも設置することができ
る。圧力計7のケース17を流線形とすることにより、
外乱の影響を少なくして圧力を従来よりも、より正確に
測定することができる。しかも、この圧力計7は動圧+
静圧の全圧から静圧を引いた動力のみを正確に測定する
ことができる。正確な圧力を基にして流速を得ているか
ら、流速も正確に、小流速から大流速まで広範囲に正確
に測定することができる。
【0040】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜の変更を行なうことにより、その
他の態様で実施し得るものである。
【0041】
【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、この発明によれば、特許請求の範囲に記載さ
れたとおりの構成であるから、流体中におけるどの深さ
においても、浮遊物の影響を受けずに、しかも、気泡の
混入、温度勾配、濃度勾配にも影響受けずに、圧力並び
に流速を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の主要部を示し、圧力計の拡大断面図
である。
【図2】圧力計の水晶式差動型圧力センサを示した正面
図である。
【図3】圧力より流速を求める変換装置の構成ブロック
図である。
【図4】流速を求める動作のフローチャートである。
【図5】圧力計を水中に設置した一例図である。
【図6】図5に代る圧力計を設置する他の一例図であ
る。
【符号の説明】
7 圧力計 15 ケーブル 17 ケース 21 水晶式差動型圧力センサ 39,41 細管 43,45 圧力導入口 57 水晶振動子 59 水晶式温度センサ 63 CPU 71 定数演算処理装置 73 圧力演算処理装置 75 流速演算処理装置 77 出力部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケース内に水晶式差動型圧力センサを設
    け、この圧力センサに接続された一方の検出部を前記ケ
    ースの先端部に設けると共に、圧力センサに接続された
    他方の検出部を前記ケースの側面部に設け、前記ケース
    を流体中に配置して前記一方の検出部を静圧と動圧が印
    加されるべく流体中における流れ方向とほぼ同方向に向
    けると共に、他方の検出部を静圧のみが印加されるべく
    流れ方向とほぼ直交した方向へ向けてなることを特徴と
    する圧力計。
  2. 【請求項2】 前記ケースが流線形状に形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の圧力計。
  3. 【請求項3】 前記一方の検出部と圧力センサ間および
    他方の検出部と圧力センサ間をそれぞれ配管で接続し、
    この配管中にオイルを封入してなることを特徴とする請
    求項1記載の圧力計。
  4. 【請求項4】 前記ケース内の圧力センサの近傍に温度
    センサを備えてなることを特徴とする請求項1記載の圧
    力計。
  5. 【請求項5】 請求項1,4による圧力計と、この圧力
    計で検出された動圧による周波数信号を取り込み、流速
    を演算処理する演算処理装置と、この演算処理装置で演
    算処理された流速を検出する出力手段と、を備えてなる
    ことを特徴とする流速計。
JP21916092A 1992-08-18 1992-08-18 圧力計およびその圧力計を用いた流速計 Pending JPH0666656A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0886799A (ja) * 1994-09-19 1996-04-02 Pub Works Res Inst Ministry Of Constr 水深流速計
JP2007017337A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Furukawa Electric Co Ltd:The 流速測定装置
CN112504547A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 成都凯天电子股份有限公司 一种长期稳定性的高精度动压测量方法及系统

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