JPH0688836A - Fluid velocity detector - Google Patents

Fluid velocity detector

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JPH0688836A
JPH0688836A JP25722991A JP25722991A JPH0688836A JP H0688836 A JPH0688836 A JP H0688836A JP 25722991 A JP25722991 A JP 25722991A JP 25722991 A JP25722991 A JP 25722991A JP H0688836 A JPH0688836 A JP H0688836A
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JP
Japan
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hole
fluid
sound pressure
velocity
pipe
Prior art date
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Pending
Application number
JP25722991A
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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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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
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Publication of JPH0688836A publication Critical patent/JPH0688836A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain an inexpensive but highly accurate fluid velocity detector having a simple constitution by using loudspeakers and microphones. CONSTITUTION:A hole 12 has a diameter larger than the diameter 2r of another hole 2 and the straight line connecting the centers of the holes 2 and 12 is made parallel to the center line of a pipe 1. Both holes 2 and, 12 are respectively closed from the outside of the pipe 1 by means of separately provided housings 7 and 13 and sound pressure generating means, such as loudspeakers, etc., and sound pressure detecting means 8 and 14, such as microphones, etc., are respectively provided in the housings 7 and 13. A second factor circuit 15 is set at an amplification factor which is different from that of a first factor circuit 9 and amplifies the output signal of the microphone 14 at the amplification factor. A switching circuit 16 alternately selects the output signals of the circuits 9 and 15 based on switching signals from a switching timing signal generation circuit and outputs the selected signals.

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、空気等の流体の速度
(流速)を検出する流体速度検出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 device for detecting the velocity (flow velocity) of a fluid such as air.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の流体速度検出装置として、例えば
エアフローセンサを例にとって説明する。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
流れ方向に直行するように配置し、そのヒーター線に一
定の電流をパルス状に供給して発生せしめ、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
体の流速を検出するものであった。
2. Description of the Related Art An air flow sensor will be described as an example of a conventional fluid velocity detecting device. That is, the air flow sensor is arranged so that a thin heater wire is orthogonal to the gas flow direction in the gas flow, and a constant current is supplied in a pulsed manner to the heater wire to generate it. The flow velocity of the fluid is detected by detecting the resistance change.

【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薬剤
の蒸気等に直接的に長時間に亙つて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
れが多分にあつた。
However, in such a conventional fluid velocity detecting device, 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 if the surface of the heater wire is directly in contact with the vapor etc. of the drug in the fluid for a long time, it changes and the heat dissipation state changes over time. There is a possibility that the temperature may change and the thermal relationship between the fluid and the heater wire may change and the error may gradually increase.

【0004】また、省電力化を図りつつ、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、単位長さ
当りの抵抗値の大き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
であつた。
Further, in order to increase the resistance value change of the heater wire while achieving the power saving, a very thin heater wire having a large resistance value per unit length is used, so that the dust is large and it is large. In the case of moving at high speed, a very large external force acts on the heater wire, which may cause plastic deformation, so that 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
るような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 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 possibility that the wire will be stretched and the measurement error will be large, and if an external force that exceeds the elastic limit of the heater wire is applied, 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従来にな
く安く、装置を簡単にでき、かつ測定範囲を広くできる
流体速度検出装置を提案することを目的とする。
The present invention solves the above problems by adapting the principle of acoustic technology, which is a completely different research field from the above-mentioned technical field, and is, for example, as an acoustic component. It is an object of the present invention to propose a fluid velocity detecting device that is cheaper than ever, can be simplified, and has a wide measurement range by using a generally well-known speaker and microphone.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、流体の流通
路に接するように配置された第1の孔及び該第1の孔と
異なる径、又は長さの第2の孔が穿設された包囲手段
と、該包囲手段内の圧力を所定の周波数で変動せしめる
駆動手段と、該駆動手段の作動によつて発生する前記包
囲手段の内部空間の圧力変化を検出する検出手段と、該
検出手段からの検出出力に基づいて前記流体の速度を求
める算出手段とから構成されている。
According to the present invention, a first hole disposed so as to contact a fluid flow passage and a second hole having a diameter or a length different from that of the first hole are bored. Surrounding means, driving means for varying the pressure in the surrounding means at a predetermined frequency, detecting means for detecting a pressure change in the internal space of the surrounding means caused by the operation of the driving means, and the detecting means. And a calculating means for obtaining the velocity of the fluid based on the detection output from the means.

【0008】[0008]

【作用】この発明による流体速度検出装置は、複数個の
包囲体の中の気体を、それぞれの包囲手段に設けられた
孔を介して流体の流れに接触させ、かつそれらの包囲手
段内で圧力変化(音圧変化)を発生させ、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
を測定する。
In the fluid velocity detecting device according to the present invention, the gas in the plurality of enclosures is brought into contact with the flow of the fluid through the holes provided in the respective enclosures, and the pressure in the enclosures is increased. A change (sound pressure change) is generated, and the velocity of the fluid is measured by detecting the pressure change in the surrounding means at that time.

【0009】[0009]

【実施例】図1に基づいてこの発明の基本原理の理論を
説明する。図1において、1は肉厚hのパイプで、その
中を一端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
通過した後にパイプ1内で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 The theory of the basic principle of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a pipe having a wall thickness h, in which a gas (fluid) to be measured flows from one end A to the other end B at a flow velocity V f . 2 is a small-diameter hole having a diameter of 2r formed in the wall surface of the pipe 1; 3 is the pipe 1
It is driven at a predetermined frequency by a sound pressure generating means such as a speaker, which is disposed so as to face the hole 2 formed in the wall surface at a predetermined interval. Reference numeral 4 denotes a diffracting wave of a sound wave generated by the sound pressure generating means 3 (which is synonymous with sound pressure here) becomes a compressional wave, and is diffused and formed in an arc in the pipe 1 after passing through the hole 2. is there.

【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 (thickness) h is formed in a portion of the hole 2 formed in the wall surface of the pipe 1 as shown by diagonal lines. It is considered that the acoustic tube 5 having a diameter 2r and a length h in terms of acoustics is thereby formed. 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内に形成される空気バネ(図6におけ
る空気バネ1c)とにより速度Vv(t)(変位:X(t))
で上下方向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 having a radius r and a thickness (πr) / 2 (density ρ) is formed in the sound pressure generating means 3 and the acoustic tube 5. The velocity Vv (t) (displacement: X (t)) by the air spring (air spring 1c in FIG. 6)
It is thought that a single vibration can be made in the vertical direction. 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、(πr)/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)mvv 2である。
However, (πr) / 2 can be theoretically calculated. Also, the kinetic energy of this vibration system is
(1/2) mv v 2 .

【0014】ここで、図1の如くパイプ1内をA方向か
らB方向に向けて空気が流速Vfで流れ、かつ前記音響
管5の上端面にも前記空気が速度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方向から流れる空気によつて外力を
受け、図4で斜線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(図4の斜線Dで示される
部分の面積)をAとすると
Here, as shown in FIG. 1, air flows in the pipe 1 from the direction A to the direction B at a flow velocity V f , and the air 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 hatching in FIG. 3 receives an external force by the air flowing from the direction A, and the velocity V f is shown by hatching C and D in FIG. Is flowed downstream (in the B direction) by an amount proportional to (indicated by L in FIG. 4). As a result, the columnar air portion 6 indicated by the solid line in FIG. 4 is displaced along the upper end surface of the acoustic tube 5 by L in the leeward B direction to the columnar air portion 6 ′ indicated by the broken line. 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, assuming that a displacement amount (displacement amount) L occurs during the time t and the plane cross-sectional area of the portion of the additional mass m (the area of the portion indicated by the diagonal line D in FIG. 4) 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、速度VfAt this time, the velocity V f 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、速度Vfが分かる。
It becomes That is, if the damper coefficient d of the acoustic tube 5 is known, the 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。なお図5において、図1に示したものと同一構
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 concrete 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 FIG. 5, the same components as those shown 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(包囲手段)
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の空
間容積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一致するように設
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.
Housing for airtightly covering the outside (enclosing means)
Then, 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, and the sound pressure generating means 10 has a space volume V 0 of the housing 7 and a hole. The sine wave drive is performed by the drive circuit 11 whose output frequency is set to match the Helmholtz resonance frequency determined by the size of the diameter 2r of 2 and the internal pressure in the housing 7 is changed 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
を穿設し、壁面を共用する構成にしても良い。また、前
記ヘルムホルツ共振周波数を決める要素としては、上記
のものの他に孔2の長さによつても変化するので、これ
もヘルムホルツ共振周波数を決めるための要素である。
Although the hole 2 is formed in the wall surface of the pipe 1 in FIG. 5, a 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. In addition to the above-mentioned factors, the Helmholtz resonance frequency also varies depending on the length of the hole 2. Therefore, this is also a factor for determining the Helmholtz resonance frequency.

【0027】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内の気体の流速
fを検出して出力する。
Reference numeral 8 denotes a condenser microphone (sound pressure detecting means) which is mounted in the housing 7 and detects pressure (sound pressure) fluctuations in the housing. Reference numeral 9 is a coefficient circuit including an amplifier circuit and the like, which amplifies the detection output from the microphone 8 with a predetermined amplification factor to detect and output the flow velocity V f of the gas in the pipe 1.

【0028】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.

【0029】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(例えばスピーカのコーン紙に相当する)
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
は測定対象の空気の流速、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 FIG. 5 and FIG. 6, P 0 is atmospheric pressure, ΔP (t) is a pressure (sound pressure) change amount in the housing 7 generated by driving 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, and U (t) is the pressure receiving surface of the sound pressure generating means 10 (for example, the cone paper of the speaker). Equivalent to)
, R is the radius of the hole 2 of the pipe 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, and S is the sound pressure generating means 10. Area of pressure receiving surface, γ is specific heat ratio of gas (1.4 in case of air), V f
Is the flow velocity of the air to be measured, A is the cross-sectional area of the cylindrical air portion 6 forming the additional mass m (opening area of the hole 2), m is the mass of the cylindrical air portion 6 (additional mass), and d is the acoustic tube. 5 can be considered equivalent to the physical model of the vibration system shown in FIG. 6.

【0030】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(またはハウジング
7内に発生し、それが音響管5を介して円柱状空気部6
に伝わるので、音響管5に発生するとも言える)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,
An air spring generated in the housing 7 (or generated in the housing 7 through the acoustic tube 5 and a cylindrical air portion 6).
Therefore, it can be said that it is generated in the acoustic tube 5) 1c,
It is composed of a control element such as a damper 1b generated in the acoustic tube 5. Therefore, in FIG. 6, the following equations 7 and 8 are established.

【0031】[0031]

【数7】 [Equation 7]

【0032】[0032]

【数8】 [Equation 8]

【0033】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内の空気の流速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 air 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 frequency ω r is

【0034】[0034]

【数9】 [Equation 9]

【0035】によりBy

【数10】 [Equation 10]

【0036】と設定できる。すなわちCan be set. Ie

【0037】[0037]

【数11】 [Equation 11]

【0038】が成立する。つぎに、上記数11により△
P(s)からU(s)までの伝達関数は
Is satisfied. Next, according to the above equation 11,
The transfer function from P (s) to U (s) is

【0039】[0039]

【数12】 [Equation 12]

【0040】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(または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すると、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, when the drive frequency (or drive angular frequency) of the sound pressure generating means 10 is the Helmholtz resonance frequency (or Helmholtz resonance angular frequency) and the drive voltage is a sine wave having a constant peak value, U
(iω) = constant value, ΔP (iω) = output voltage value of the microphone 8 can be set.

【0041】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Vfは求められる。
Therefore, from the above equation 12, the damper coefficient d
Is obtained by arithmetic calculation, and the result is substituted into the equation 6 to obtain the fluid V f to be measured.

【0042】なお、上記構成においては孔2の形状を円
状に形成せしめたが、図7及び図8に示すように長方形
等の方形であってもよい。またその方形の長辺を、A方
向からB方向に流れる流体の流れ方向に対して平行にな
るように配置せしめてもよく、その場合、流体の流速V
fの測定範囲、その大きさ等に応じて形状を設定しなく
てはならない。なお、ここで方形の孔について説明を行
う理由は円形の孔よりも説明が簡単明瞭に行うからであ
る。
Although the hole 2 is formed in a circular shape in the above structure, it may be a rectangular shape such as a rectangle as shown in FIGS. 7 and 8. The long sides of the rectangle may be arranged so as to be parallel to the flow direction of the fluid flowing from the A direction to the B direction. In that case, the flow velocity V of the fluid is V.
The shape must be set according to the measurement range of f , its size, etc. It should be noted that the reason why the rectangular hole is described here is that the description is simpler and clearer than that of the circular hole.

【0043】ここで図7及び図8に示すものを比較して
その違いを次に説明する。即ち、図7に示すものは図8
に示すものに対して形状が長く、かつ細く(流体の流れ
方向に対して)形成されており、ある流速Vfで流体が
流れているものとすると、一定時間の間に空気部(実線
で示す孔6と一致して示すしめされている)6がB方向
に、孔2の長さL1に対しておおよそ30%変位してい
る状態が示されている。また、図8には図7に示すもの
と流体の流速Vfが同一で、かつ同一時間の間に空気部
6が変位する様子が示されているものとすると、図8に
示されるものの変位量は孔2の長さL2に対しておおよ
そ65%変位していることが示されている。
Here, the differences shown in FIGS. 7 and 8 will be described below by comparing them. That is, what is shown in FIG.
If the fluid is flowing at a certain flow velocity V f , the air portion (indicated by the solid line) is longer than the one shown in FIG. (Shown in agreement with the shown hole 6) 6 is displaced in the B direction by approximately 30% with respect to the length L1 of the hole 2. 8 shows that the flow velocity V f of the fluid is the same as that shown in FIG. 7 and that the air portion 6 is displaced during the same time, the displacement of that shown in FIG. The quantity is shown to be displaced by approximately 65% with respect to the length L2 of the hole 2.

【0044】この双方の図から次のような事が言える。
即ち、流速Vfがある大きさ以上になると、図8に示す
形状の孔6の如き流体の流れ方向の寸法が小さい孔を有
する装置では測定ができなくなり、図7に示す如き流体
の流れ方向の寸法が大きい孔を有する装置が広範囲に変
化する流速Vfに対して有効であることが示されてい
る。また単位時間当りに流体の流れによって持ち去ら
れ、散逸するエネルギー量Dは流体の流れ方向に対して
直交する辺が長く設定されている図8に示すものの方が
図7に示されるものに比較して大きいので、小さな流速
変化を検出するのに有効であることが示されている。な
お、ここでは説明上、方形の孔で感度及び測定範囲につ
いて述べたが、上記で述べたように円形の孔であっても
良いことは言うまでもないことである。
The following can be said from these both figures.
That is, when the flow velocity V f exceeds a certain level, measurement cannot be performed with an apparatus having a hole having a small dimension in the fluid flow direction, such as the hole 6 having the shape shown in FIG. It has been shown that a device with large pores of V is effective for widely varying flow rates V f . Also, the energy amount D that is carried away by the fluid flow per unit time and dissipated is set so that the side orthogonal to the fluid flow direction is set longer in comparison with that shown in FIG. Since it is large, it has been shown to be effective in detecting small flow velocity changes. It should be noted that, for the sake of description, the square hole is used for the sensitivity and the measurement range, but it goes without saying that the hole may be a circular hole as described above.

【0045】次に、本発明による実施例を図9及び図1
0に基づいて説明する。図9及び図10における構成の
内、図5に示したものと異なるところのみを説明し、同
一構成またはそれと均等な部分については同一符号を付
してその説明を省略する。図9及び図10において、1
2は前記孔2の直径2rよりも大きな直径を有してパイ
プ1に穿設された他の孔で、流体の流れ方向(AからB
方向)に沿つて設けられ、かつそれらの孔2及び12の
中心を結ぶ直線は、パイプ1の中心線Mと平行になるよ
うに設定されている。また、双方の孔2及び12のそれ
ぞれは、それぞれ別々に設けられたハウジング7及び1
3によりパイプ1の外側から密閉され、それらのハウジ
ング7及び13の中には図5に示す如きスピーカ等の音
圧発生手段及びマイクロホン等の音圧検出手段8及び1
4が取り付けられている。15は第1係数回路9と異な
る増幅率に設定され、マイクロホン14からの出力信号
を前記増幅率で増幅する第2係数回路、16は切替回路
で、前記双方の第1及び第2係数回路9及び15からの
出力信号を、図示されない切替タイミング信号発生回路
からの切替信号に基づいて択一的に選択して出力する。
Next, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
A description will be given based on 0. Of the configurations in FIGS. 9 and 10, only the points different from those shown in FIG. 5 will be described, and the same configurations or equivalent portions will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 9 and 10, 1
Reference numeral 2 is another hole formed in the pipe 1 having a diameter larger than the diameter 2r of the hole 2 and is in the flow direction (A to B) of the fluid.
The straight line that is provided along the direction) and connects the centers of the holes 2 and 12 is set to be parallel to the center line M of the pipe 1. Further, each of the holes 2 and 12 on both sides is provided with the housings 7 and 1 which are separately provided.
3 is sealed from the outside of the pipe 1, and in the housings 7 and 13, sound pressure generating means such as a speaker and sound pressure detecting means 8 and 1 such as a microphone as shown in FIG.
4 is attached. Reference numeral 15 is a second coefficient circuit which is set to an amplification factor different from that of the first coefficient circuit 9 and amplifies the output signal from the microphone 14 by the amplification factor. The output signals from 15 and 15 are selectively selected and output based on a switching signal from a switching timing signal generating circuit (not shown).

【0046】上記構成によって、双方のハウジング7及
び13内ではそれぞれに固有に設定された異なるヘルム
ホルツ共振周波数で音圧発生手段が駆動されて音圧が変
動されており、またその状況下で流体がAからB方向に
流れている。ここで流体の速度Vfが、低速から高速に
亙つて大きな速度範囲で変化すると、その流体速度Vf
は上述したように低速からある中速までの一定範囲内で
はハウジング7内のマイクロホン8で検出され、またそ
れ以上の速度範囲については他方のハウジング13内に
設置されたマイクロホン14で検出され、それぞれの検
出信号は、それぞれに接続された第1係数回路9及び第
2係数回路15を介して切替回路16によつて、一方の
信号のみが択一的に選択されて出力される。なお、切替
回路16の切り替えタイミングは、第1係数回路9の出
力信号の大きさを、図示されない切替タイミング信号発
生回路が常時監視し、その出力信号の大きさが所定の大
きさを越えたとき、該切替タイミング信号発生回路から
切替信号を切替回路16に供給するようにしている。
With the above structure, the sound pressure generating means is driven in the housings 7 and 13 at different Helmholtz resonance frequencies set uniquely to change the sound pressure. It flows from A to B direction. Here, when the fluid velocity V f changes in a large velocity range from low speed to high velocity, the fluid velocity V f
Is detected by the microphone 8 in the housing 7 within a certain range from low speed to a certain medium speed as described above, and is detected by the microphone 14 installed in the other housing 13 for the speed range higher than that. The detection signal of is selectively output by the switching circuit 16 through the first coefficient circuit 9 and the second coefficient circuit 15 which are respectively connected, and only one of the signals is selected and output. The switching timing of the switching circuit 16 is set when the magnitude of the output signal of the first coefficient circuit 9 is constantly monitored by a switching timing signal generating circuit (not shown) and the magnitude of the output signal exceeds a predetermined magnitude. A switching signal is supplied from the switching timing signal generating circuit to the switching circuit 16.

【0047】また、図9及び図10において双方の孔2
及び12の間隔を接近させて配置せしめた場合、上流側
の孔2によつて乱流が発生するような設計になっていた
場合にはその影響を受ける可能性があるので影響を受け
ないようにある程度の間隔を設けて配置する必要があ
る。
Further, in FIGS. 9 and 10, both holes 2 are formed.
If the distances of 12 and 12 are arranged close to each other, if the design is such that turbulent flow is generated by the hole 2 on the upstream side, there is a possibility that it will be affected, so do not be affected. It is necessary to arrange them at a certain interval.

【0048】次に、第2実施例を図11に基づいて説明
するが、図9と異なる部分のみを説明する。この実施例
は図9における孔位置を変えたものである。即ち、孔1
2の穿設位置を孔2の穿設位置に対して180°回転し
た位置までずらし対向させたもので、それにともなって
ハウジング13の位置も変えられている。このような構
造にすることによって孔2で多少の乱流を発生する構造
になっていても、その下流には孔12がないので、長さ
方向の寸法を小さく設定できる効果がある。また孔2の
下流側に他方の孔12が位置しないので、パイプ1の内
径が小さく、双方の孔2及び12の位置に形成される円
柱状空気部6が互いに影響されない限り、孔2において
乱流が発生しても測定への影響はない。なお、他の部分
については図9のものと同一またはほぼ均等であるの
で、その説明は省略する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 11, but only parts different from FIG. 9 will be described. In this embodiment, the hole positions in FIG. 9 are changed. That is, hole 1
The position of the housing 13 is changed so that the position of the hole 2 is shifted to the position rotated by 180 ° with respect to the position of the hole 2, and the housing 13 is changed accordingly. With such a structure, even if a slight turbulent flow is generated in the hole 2, there is no hole 12 in the downstream thereof, so that the dimension in the length direction can be set small. Further, since the other hole 12 is not located on the downstream side of the hole 2, unless the inner diameter of the pipe 1 is small and the cylindrical air portions 6 formed at the positions of both holes 2 and 12 are not affected by each other, the disorder occurs in the hole 2. The flow does not affect the measurement. The other parts are the same as or substantially equivalent to those in FIG. 9, and therefore description thereof will be omitted.

【0049】次に、第3実施例を図12に基づいて説明
するが、図11と異なる部分のみを説明する。この実施
例は、図11に示したものにおいて他方の孔12を一方
の孔2の上流側に位置せしめ、かつ180°よりも小さ
い角度回転されてずらしたもので、他の部分は図11に
示したものと同一又は均等のものであり、その説明は省
略する。これは、パイプ1の内径が小さい場合、図11
の如く孔2及び12が対向していると、互いに円柱状空
気部6が作用しあうので、細いパイプに有効である。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. 12, but only parts different from FIG. 11 will be described. In this embodiment, the other hole 12 is positioned upstream of the one hole 2 in the structure shown in FIG. 11 and is rotated by an angle smaller than 180 ° to be displaced, and the other part is shown in FIG. It is the same as or equivalent to the one shown, and the description thereof will be omitted. This is shown in FIG. 11 when the inner diameter of the pipe 1 is small.
When the holes 2 and 12 face each other as described above, the columnar air portions 6 act on each other, which is effective for a thin pipe.

【0050】次に、第4実施例を図13に基づいて説明
するが、図12と異なる部分のみを説明する。この実施
例は、図12に示したものにおいて他方の孔12の穿設
位置を一方の孔2の下流に位置せしめ、乱流を発生し難
く設計の容易な小さい径の孔2を上流側に穿設し、下流
側に乱流を発生し易い、即ち乱流の発生し難い設計の困
難な大きな径の孔12を穿設し、配置せしめたものであ
る。また、それぞれの孔2及び12の中心を通り、かつ
流体の流れ方向に平行な中心線M1及びM2は一致せ
ず、間隔Pだけ隔設されている。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 13, but only parts different from those of FIG. 12 will be described. In this embodiment, in the structure shown in FIG. 12, the position of the other hole 12 is located downstream of the one hole 2 so that a turbulent flow is unlikely to occur and a small-diameter hole 2 that is easy to design is located on the upstream side. A hole 12 having a large diameter is formed by piercing, and a turbulent flow is likely to be generated on the downstream side, that is, a turbulent flow is unlikely to occur and a design is difficult. Further, center lines M1 and M2 that pass through the centers of the holes 2 and 12 and are parallel to the flow direction of the fluid do not coincide with each other, and are separated by a distance P.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、流体
の流通路に接するように配置された第1の孔及び該第1
の孔と異なる径、又は長さの第2の孔が穿接された包囲
体と、該包囲体内の圧力を所定の周波数で変動せしめる
駆動手段と、該駆動手段の作動によつて発生する前記包
囲体の内部空間の圧力変化を検出する検出手段と、該検
出手段からの検出出力に基づいて前記流体の速度を求め
る算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、簡単な方法で精度よく流速を大きな
測定レンジで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 hole and the first hole arranged so as to be in contact with the flow passage of the fluid are provided.
Of the second hole having a diameter or a length different from that of the hole, driving means for varying the pressure in the enclosure at a predetermined frequency, and the driving means for generating the pressure. A fluid velocity detecting device comprising: a detecting unit that detects a pressure change in the inner space of the enclosure; and a calculating unit that obtains the velocity of the fluid based on a detection output from the detecting unit. The flow rate can be accurately measured by a simple method in a large measurement range, and the measurement apparatus can be inexpensive, and maintenance and management can be simplified, which is extremely effective. 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実施例を示す構成説明図である。
FIG. 5 is a structural explanatory view showing an embodiment in which the structural explanatory view of FIG. 1 shown for explaining the principle of the present invention is embodied.

【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に孔の形状を長
孔にした場合の作用説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view of the action when the shape of the hole is an elongated hole in order to explain the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例を説明するために孔の形状を、
図7と異なる長孔にした場合の作用説明図である。
FIG. 8 shows a shape of a hole for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view of the operation when a long hole different from FIG.

【図9】本発明による第1実施例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a first embodiment according to the present invention.

【図10】図9に示したパイプ1に穿設された孔位置関
係を説明するための平面断面説明図である。
10 is a plan cross-sectional explanatory view for explaining a positional relationship between holes formed in the pipe 1 shown in FIG.

【図11】本発明の第2実施例を説明するための要部断
面説明図である。
FIG. 11 is an essential part cross-sectional explanatory view for explaining a second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3実施例を説明するための要部断
面説明図である。
FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view of an essential part for explaining a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4実施例を説明するための要部断
面説明図である。
FIG. 13 is an essential part cross-sectional explanatory view for explaining a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パイプ 2、12、 孔 3 スピーカ(音圧発生手段) 7、13 ハウジング 8、14 マイクロホン(音圧検出手段) 9、15 係数回路 11 駆動回路 16 切替回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pipes 2, 12, Holes 3 Speaker (sound pressure generating means) 7, 13 Housing 8, 14 Microphone (sound pressure detecting means) 9, 15 Coefficient circuit 11 Drive circuit 16 Switching circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流体の流通路に接するように配置された
第1の孔及び該第1の孔と異なる径、又は長さの第2の
孔が穿設された包囲手段と、該包囲手段内の圧力を所定
の周波数で変動せしめる駆動手段と、該駆動手段の作動
によつて発生する前記包囲手段の内部空間の圧力変化を
検出する検出手段と、該検出手段からの検出出力に基づ
いて前記流体の速度を求める算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。
1. Enclosing means having a first hole and a second hole having a diameter or a length different from that of the first hole, the first hole being arranged in contact with a fluid passage, and the surrounding means. Drive means for varying the internal pressure at a predetermined frequency, detection means for detecting a pressure change in the internal space of the surrounding means generated by the operation of the drive means, and based on the detection output from the detection means A fluid velocity detecting device, comprising: a calculating unit that obtains the velocity of the fluid.
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