JPH0814958A - Whistle-type flowmeter - Google Patents

Whistle-type flowmeter

Info

Publication number
JPH0814958A
JPH0814958A JP6149297A JP14929794A JPH0814958A JP H0814958 A JPH0814958 A JP H0814958A JP 6149297 A JP6149297 A JP 6149297A JP 14929794 A JP14929794 A JP 14929794A JP H0814958 A JPH0814958 A JP H0814958A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sound
frequency
whistle
fluid
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP6149297A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3215575B2 (en
Inventor
Yoshijirou Watanabe
嘉二郎 渡辺
Kenichi Matsubara
賢一 松原
Yuichi Sato
祐一 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP14929794A priority Critical patent/JP3215575B2/en
Publication of JPH0814958A publication Critical patent/JPH0814958A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3215575B2 publication Critical patent/JP3215575B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/666Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by detecting noise and sounds generated by the flowing fluid

Abstract

PURPOSE:To provide a whistle-type flowmeter in which a linear proportionality range for the flow rate of a flowing fluid and for the oscillating frequency of a whistle sound is expanded as far as possible and which can measure a flow rate in a wide range from a low-flow-rate region up to a high-flow-rate region. CONSTITUTION:A whistle-type flowmeter is provided with a sound-generating unit 10, which is provided with a mouthpiece if into which a fluid flows, with an acoustic hole 1b through which a jet stream from the mouthpiece is passed and with a cavity by which the jeat stream gives a fluid sediment a rotating and vibrating motion, with a sound-collecting means 2 which collects a sound generated by the sound-generating unit 10, with a filter means 3 which makes the fundamental-frequency component of the generated sound by the sound- generating unit 10 out of an output-signal frequency component pass from the sound-collecting means, with a frequency detection means 5 which detects the frequency of the fundamental frequency component and with an arithmetic means 6 which operates the flow rate of the fluid on the basis of the frequency of the fundamental frequency component by means of a relational expression between a predetermined flow rate and a predetermined frequency.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は体育笛タイプのホイッス
ル構造を変形して気体や液体などの流体の流量を計測す
るホイッスル式流量計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a whistle type flow meter for measuring the flow rate of a fluid such as a gas or a liquid by modifying a whistle structure of a physical education whistle type.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、気体や液体の流量を計測する流量
計は数多く知られており、原理や構造あるいは用途など
により分類されている。たとえばタービン流量計のよう
な容積流量計は回転子やピストンなどの可動部を内蔵
し、この可動部とケースとにより形成される計量空間部
から可動部の1サイクルで一定容積の流体が吐き出され
るようになっており、可動部のサイクル数をカウントす
ることにより流量を知ることができる。一方、電磁流量
計は導電性のある流体の流れ方向に直角に磁界をかける
と、流体の流れ方向と磁界の双方に直交する位置に置か
れた電極に流速と磁界の強さに比例した起電力が発生す
るので、磁界の強さを一定にしておけば流速に比例した
起電力が得られ、この流速が流量に比例することから、
流量を計測することができる。このように流路内に可動
部を持たないタイプの流量計には音響式流量計(超音波
流量計を含む)や熱流量計あるいはオリフィスを用いた
絞り流量計などがある。しかるに、上記容積流量計は可
動部を有するため流体の流れ抵抗が生じ、コンパクト化
に限界があり、故障時の対応がやりにくい欠点がある。
その他の流量計もそれぞれに固有の欠点を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, many flowmeters for measuring the flow rate of gas or liquid are known, and they are classified according to the principle, structure or use. For example, a volumetric flowmeter such as a turbine flowmeter incorporates a movable part such as a rotor and a piston, and a fixed volume of fluid is discharged in one cycle of the movable part from a measurement space formed by the movable part and a case. The flow rate can be known by counting the number of cycles of the movable part. On the other hand, when an electromagnetic flowmeter applies a magnetic field at right angles to the flow direction of a conductive fluid, an electrode placed at a position orthogonal to both the flow direction of the fluid and the magnetic field is proportional to the flow velocity and the strength of the magnetic field. Since electric power is generated, if the strength of the magnetic field is kept constant, an electromotive force proportional to the flow velocity is obtained, and since this flow velocity is proportional to the flow rate,
The flow rate can be measured. As described above, there are an acoustic flowmeter (including an ultrasonic flowmeter), a heat flowmeter, and a throttle flowmeter using an orifice as a type of flowmeter having no movable part in the flow path. However, since the positive displacement flowmeter has a movable portion, flow resistance of the fluid is generated, there is a limit to downsizing, and it is difficult to deal with a failure.
Other flow meters also have their own drawbacks.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】体育笛タイプのホイッ
スルは低流量域で流量と音の発信周波数とが比例する。
この現象を利用することにより、可動部のない簡潔な構
造を有し、導電性のない流体についても流量の計測がで
きる小型で信頼性の高い体育笛タイプのホイッスル式流
量計が開発されるようになった。
In the whistle of the physical education whistle type, the flow rate is proportional to the sound emission frequency in the low flow rate range.
By utilizing this phenomenon, a small and highly reliable whistle type flow meter of physical education, which has a simple structure with no moving parts and can measure the flow rate of even non-conductive fluid, will be developed. Became.

【0004】図10は従来のホイッスル式流量計のブロ
ック線図である。
FIG. 10 is a block diagram of a conventional whistle type flow meter.

【0005】このホイッスル式流量計は、ガスの流量を
測定するものであり、ガス管路10a、10bの途中に
ホイッスル構造の発音ユニット1を接続し、このガス管
路にガスが流れている時に発音ユニット1の発する音を
集めるマイクロフォン2を一部に取付け、このマイクロ
フォン2から出力する信号に含まれる計測対象範囲外の
成分をハイカットフィルタ3を介して除去し、その信号
をヒステリシス(図5に示す波形(b)中に破線で示
す)をかけたコンパレータ4により一定値と比較して波
形整形し、コンパレータ4から出力するパルス信号をカ
ウンタ/タイマ5によりカウントして周波数を得、この
周波数に基づいて流量演算記6で所定の関係式から流量
を演算し、この演算結果のガスの流量を表示器7に表示
する。
This whistle type flow meter measures the flow rate of gas. A sounding unit 1 having a whistle structure is connected in the middle of the gas pipelines 10a and 10b, and when gas is flowing through the gas pipelines. A microphone 2 for collecting the sound emitted by the sound generation unit 1 is attached to a part of the signal, and a component outside the measurement target range included in a signal output from the microphone 2 is removed through a high cut filter 3, and the signal is subjected to hysteresis (see FIG. 5). The waveform is shaped by comparing with a constant value by the comparator 4 to which the waveform (b) shown by the broken line is applied, and the pulse signal output from the comparator 4 is counted by the counter / timer 5 to obtain the frequency. Based on this, the flow rate is calculated from the predetermined relational expression in the flow rate calculation statement 6, and the gas flow rate of the calculation result is displayed on the display unit 7.

【0006】図9は従来の体育笛タイプのホイッスル式
流量計に使用されている発音ユニットの概略構成を示す
斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a schematic structure of a sounding unit used in a conventional whistle type flow meter of a physical education whistle type.

【0007】図9の発音ユニット1は体育笛タイプのホ
イッスルそのものであり、両側の側壁1e(図5参照)
を省略して図示されている。発音ユニット1は、ガス管
路10aから流入するガスを入れる横長の流入口1aと
これに連続するガス流路を含むマウスピース1fと、ガ
ス管路10aにガスを排出する流出口すなわち音響穴1
bと、キャビティ1cと、エッジ1dとの4要素から構
成される樹脂製成形品であり、流入口1aとキャビティ
1cは連通し、エッジ1dは音響穴1bにガス流入方向
に逆らう向きに傾斜して形成されている。キャビティ1
cの外側の壁1eに穴が開けられ、ここにマイクロフォ
ン2が気密に取り付けられている。
The sounding unit 1 of FIG. 9 is a whistle of a physical education whistle type, and has side walls 1e on both sides (see FIG. 5).
Are omitted. The sounding unit 1 includes a horizontally long inlet 1a for introducing gas flowing in from the gas pipeline 10a, a mouthpiece 1f including a gas flow path continuous to the inlet 1a, and an outlet for discharging gas to the gas pipeline 10a, that is, an acoustic hole 1.
b, a cavity 1c, and an edge 1d, which is a resin-made molded product, the inlet 1a and the cavity 1c communicate with each other, and the edge 1d is inclined to the acoustic hole 1b in a direction counter to the gas inflow direction. Is formed. Cavity 1
A hole is made in the outer wall 1e of c, and the microphone 2 is airtightly attached thereto.

【0008】図4は実験に使用した体育笛タイプのホイ
ッスルの寸法図である。
FIG. 4 is a dimensional diagram of a physical education whistle type whistle used in the experiment.

【0009】図4に示すような体育笛タイプのホイッス
ル式流量計は、ヘルムホルツ共鳴、エッジトーンおよび
キャビティトーンの三つの発音現象を持っている。その
ため、ある流量に対して最も大きな音を発する現象がホ
イッスルの音として検知されることになる。この従来の
ホイッスル式流量計において、ある流量を境として流量
と音の周波数との関係が変わるのも、この境界点の両側
で主たる発音現象が高流量側、低流量側と異なるためで
ある。流量200L/Hから700L/Hの範囲でホイ
ッスル音の周波数が流量に線形に比例し、800L/H
以上を印加するとホイッスル音の発信周波数の増加率が
緩やかになり、さらに高流量になるとほぼ一定になって
しまう。前者のホイッスル音の周波数が流量に線形に比
例する低流量域部分は流量計として利用できる。そこ
で、この流量計の計測範囲を広げようとすると、流量計
の本体を大型にすることで線形の範囲を拡大するか、ま
たは流量計に小球を内蔵し流量に対応する別の発振要素
を付加するかしなければならなくなる。本体を大型にす
ることは流量計の小型化に反するものであり、また小球
を内蔵することは流量計の流路内に可動部を持たないよ
うにすることに反し、かつ小球を内蔵する場合と内蔵し
ない場合の2種類の演算方法を条件分岐により使い分け
ねばならなくなる。また、どちらの方法も、元来の測定
範囲では多少なりとも信号対雑音の比率が悪化してしま
う。
The whistle type flow meter of the physical education whistle type as shown in FIG. 4 has three pronunciation phenomena of Helmholtz resonance, edge tone and cavity tone. Therefore, the phenomenon that the loudest sound is emitted for a certain flow rate is detected as the whistle sound. In this conventional whistle type flow meter, the relationship between the flow rate and the frequency of sound changes at a certain flow rate because the main sounding phenomenon is different between the high flow rate side and the low flow rate side on both sides of this boundary point. The frequency of whistle noise is linearly proportional to the flow rate in the range of 200 L / H to 700 L / H, and 800 L / H
When the above is applied, the increase rate of the whistle sound transmission frequency becomes gentle, and becomes substantially constant at higher flow rates. The former low whistle sound frequency is linearly proportional to the flow rate. Therefore, when trying to widen the measurement range of this flow meter, the linear range is expanded by enlarging the main body of the flow meter, or another oscillating element corresponding to the flow rate is incorporated by incorporating a small ball into the flow meter. You will have to add it. Increasing the size of the main body is against the miniaturization of the flowmeter, and incorporating the small sphere is contrary to not having a movable part in the flow path of the flowmeter, and incorporating the small sphere. It is necessary to properly use the two types of calculation methods, that is, the case where it is performed and the case where it is not built-in, depending on the conditional branch. In addition, both methods result in some deterioration of the signal-to-noise ratio in the original measurement range.

【0010】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、構造が小型かつ簡単で内部に小球を内蔵せず、流
れる流体の流量とホイッスル音の発信周波数との線形比
例範囲をできるだけ拡大して低流量域から高流量域まで
の広範囲の流量を計測することができるホイッスル式流
量計を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has a small and simple structure, does not have a small ball inside, and expands the linear proportional range of the flow rate of flowing fluid and the transmission frequency of whistle noise as much as possible. It is an object of the present invention to provide a whistle type flow meter capable of measuring a wide range of flow rate from a low flow rate range to a high flow rate range.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、流体が流入するマウスピースと該マウスピー
スからの噴流が通過する音響穴と該噴流が流体澱みに回
転振動運動を与えるキャビティとを備えた発音ユニット
と、前記発音ユニットで発生する音を集音する集音手段
と、前記集音手段からの出力信号周波数成分のうち前記
発音ユニットの発生音の基本周波数成分を通過させるフ
ィルタ手段と、前記基本周波数成分の周波数を検出する
周波数検出手段と、予め定めた流量と周波数との関係式
から前記基本周波数成分の周波数に基づいて流体の流量
を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention has a mouthpiece into which a fluid flows, an acoustic hole through which a jet stream from the mouthpiece passes, and a cavity in which the jet stream imparts rotational oscillating motion to a fluid stagnation. And a sound collecting unit that collects sounds generated by the sound generating unit, and a filter that passes the fundamental frequency component of the sound generated by the sound generating unit among the output signal frequency components from the sound collecting unit. Means, frequency detecting means for detecting the frequency of the fundamental frequency component, and computing means for computing the flow rate of the fluid based on the frequency of the fundamental frequency component from a predetermined relational expression between the flow rate and the frequency. Characterize.

【0012】また、本発明は発音ユニットが函の中に密
封状に収容され、発音ユニットのマウスピースが該函か
ら突出し、且つ発音ユニットから出る流体の排出口を該
函の外壁に設けたことを特徴とする。
Further, according to the present invention, the sounding unit is housed in a box in a hermetically sealed manner, the mouthpiece of the sounding unit projects from the box, and a fluid outlet for discharging the sounding unit is provided on the outer wall of the box. Is characterized by.

【0013】また、本発明は前記発音ユニットのマウス
ピースに流体流入用管路が連結され、音響穴を通過した
計量ずみ流体を雰囲気中に排出することを特徴とする。
The present invention is also characterized in that a fluid inflow conduit is connected to the mouthpiece of the sounding unit, and the measured fluid that has passed through the acoustic hole is discharged into the atmosphere.

【0014】[0014]

【作用】本発明は従来の体育笛タイプのホイッスル式流
量計より、エッジを削除したことによりエッジトーンが
抑制され、また音響穴が拡大されたことによりヘルムホ
ルツ共鳴音の発生が抑制され、その結果影響を受けない
キャビティトーンが顕著となり、流量とキャビティトー
ンの周波数とが比例する流量範囲は従来型ホイッスルの
エッジトーンが観測される範囲の3倍以上であるので広
範囲の流量を計測することができる。
According to the present invention, the edge tone is suppressed by removing the edges from the conventional whistle type flow meter of the physical education whistle type, and the generation of the Helmholtz resonance sound is suppressed by expanding the acoustic hole. The cavity tone that is not affected becomes remarkable, and the flow rate range in which the flow rate and the frequency of the cavity tone are proportional is three times or more than the range in which the edge tone of the conventional whistle is observed, so that a wide range of flow rate can be measured. .

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図5は実験に使用した体育笛タイプホイッ
スルの基本要素の分解図である。図8は音響穴が形成す
る面に直交する断面における流体澱みの単振動の概念図
である。
FIG. 5 is an exploded view of the basic elements of the physical education whistle type whistle used in the experiment. FIG. 8 is a conceptual diagram of simple vibration of fluid stagnation in a cross section orthogonal to a surface formed by the acoustic holes.

【0017】ホイッスルを弱く吹いたとき発生する音の
周波数は吹き込み量に比例しているように聞こえる。本
発明の発明者はこの事実をヒントに新しい周波数出力型
の流量計を模索して、流量に線形に比例する周波数を持
つ音のみを発生する要素をホイッスルから分離・抽出す
るため、(a)ホイッスル全体、(b)エッジ要素、
(c)キャビティ要素の基本要素を持つ形状(図5参
照)に分解して、各要素ごとにそれらが音の発生におい
て演じる役割を実験により調べた。その結果、(c)キ
ャビティ要素を持つ形状がレンジアビリティ、安定性お
よび線形性の観点から流量計として最も優れた特性を示
すことを発見した。これはキャビティ内の流体澱みの運
動の音響穴が形成する面に直交する成分が、澱み空気に
よって歪められた噴流の復元力による単振動(図8参
照)という単純な発振原理によるものであるためと考え
られる。
The frequency of the sound generated when the whistle is blown lightly seems to be proportional to the blowing amount. The inventor of the present invention searches for a new frequency output type flow meter in consideration of this fact and separates and extracts from the whistle elements that generate only a sound having a frequency linearly proportional to the flow rate. Whole whistle, (b) edge element,
(C) It was decomposed into a shape having a basic element of the cavity element (see FIG. 5), and the role of each element played in the generation of sound was examined by an experiment. As a result, it was discovered that the shape having the cavity element (c) exhibits the most excellent characteristics as a flow meter in terms of rangeability, stability, and linearity. This is because the component of the motion of the fluid stagnation in the cavity, which is orthogonal to the surface formed by the acoustic holes, is due to the simple oscillation principle of simple oscillation (see Fig. 8) due to the restoring force of the jet flow distorted by the stagnation air. it is conceivable that.

【0018】図8の中央の図に示すように、マウスピー
スからの噴流は音響穴の上部を通過すると、この流体は
キャビティ内の円柱状の流体澱みと接し、これに回転運
動を与える。図8の上の図に示すように、この流体澱み
が上に移動すると音響穴の上部を通過していた流体の流
線は上方に変形を受ける。このとき流れの動圧の垂直成
分は質量を押し下げる復元力となって作用する。図8の
下の図に示すように、質量がキャビティ内の下の方に押
し下げられると連続の原理より、流線もまた下方に引き
込まれる。変形を受けた流線は質量の変位に比例する力
により質量を引上げようとする。このようにして図8の
3種の状態が繰り返される。
As shown in the center view of FIG. 8, when the jet from the mouthpiece passes through the upper part of the acoustic hole, this fluid comes into contact with the cylindrical fluid stagnation in the cavity and gives it a rotational movement. As shown in the upper diagram of FIG. 8, when the fluid stagnation moves upward, the streamline of the fluid passing through the upper portion of the acoustic hole is deformed upward. At this time, the vertical component of the dynamic pressure of the flow acts as a restoring force that pushes down the mass. As shown in the lower diagram of FIG. 8, when the mass is pushed down into the cavity, the streamline is also drawn downwards due to the principle of continuity. The deformed streamline tries to pull up the mass by a force proportional to the displacement of the mass. In this way, the three states of FIG. 8 are repeated.

【0019】図3は今回調査した体育笛タイプホイッス
ルのキャビティ要素に基づく音の特性を示すグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph showing the characteristics of the sound based on the cavity element of the physical education whistle type whistle investigated this time.

【0020】図3のグラフは横軸に音の周波数(単位
ヘルツ)を示し、縦軸にガス流量(単位 リットル/時
間)およびマイクの出力電圧(単位 デシベルボルト)
を示す。このグラフによれば、キャビティ要素に基づく
流体澱みの回転振動音、すなわちキャビティトーンは流
量400〜2000リットル/時間の広範囲で周波数が
流量に線形に比例していることがわかる。また、この実
験で音の検出に使用したコンデンサマイクロホンの出力
電圧の周波数分布からキャビティトーンは高調波成分を
含まず、単一ピーク周波数特性をもつことがわかる。こ
れらの特性は流量計に好都合の特性である。
In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the frequency of sound (unit:
Hertz), and the vertical axis indicates gas flow rate (unit: liter / hour) and microphone output voltage (unit: decibel volt)
Indicates. From this graph, it can be seen that the rotational vibration sound of the fluid stagnation based on the cavity element, that is, the cavity tone, has a frequency linearly proportional to the flow rate in a wide range of the flow rate of 400 to 2000 liters / hour. Also, from the frequency distribution of the output voltage of the condenser microphone used for sound detection in this experiment, it is found that the cavity tone does not contain harmonic components and has a single peak frequency characteristic. These characteristics are favorable characteristics for the flow meter.

【0021】本発明はこのキャビティトーンの特性を流
量計に採用したものである。換言すれば、本発明は従来
の体育笛タイプのホイッスルよりエッジを削除した構造
とすることにより、通常のホイッスルとしての発音、す
なわち、ヘルムホルツ共鳴音およびエッジトーンを抑制
し、キャビティトーンの発振周波数を計測する流量計で
ある。
The present invention adopts this cavity tone characteristic in a flow meter. In other words, the present invention suppresses the sound as a normal whistle, that is, the Helmholtz resonance sound and the edge tone by adopting the structure in which the edge is deleted from the conventional physical education whistle type whistle, and the oscillation frequency of the cavity tone is reduced. It is a flow meter to measure.

【0022】図1は本発明のホイッスル式流量計のブロ
ック線図である。図2は本発明のホイッスル式流量計に
使用される発音ユニットの概略構成を示す図である。図
6はホイッスル単体にガスを吹き込む強さを3段階に変
化させたときの各発音現象と発生周波数との関係を示す
グラフである。図7はホイッスルの主たる発生音の特性
を示すグラフである。
FIG. 1 is a block diagram of a whistle type flow meter of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a sounding unit used in the whistle type flow meter of the present invention. FIG. 6 is a graph showing the relationship between each sounding phenomenon and the generated frequency when the strength of blowing the gas into the whistle alone is changed in three stages. FIG. 7 is a graph showing the characteristics of the main generated sound of the whistle.

【0023】図6に示すように、体育笛タイプのホイッ
スルは(A)ヘルムホルツ共鳴、(B)エッジトーン、
(C)キャビティトーンの三つの発音現象を持ってい
る。そのため、ある流量に対して最も大きな音を発する
現象がホイッスルの音として検知されることになる。図
6は横軸に周波数を示し、縦軸はマイクロホンの出力電
圧を示す。
As shown in FIG. 6, the whistle of the physical education whistle type is (A) Helmholtz resonance, (B) edge tone,
(C) It has three pronunciation phenomena of cavity tone. Therefore, the phenomenon that the loudest sound is emitted for a certain flow rate is detected as the whistle sound. In FIG. 6, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents microphone output voltage.

【0024】上述したように、従来のホイッスル式流量
計において、ある流量を境として流量と音の周波数との
関係が変わるのも、この境界点の両側で主たる発音現象
が高流量側(A)、低流量側(B)と異なるためである
(図6、7参照)。そこで、本発明では図2に示すよう
に、流入したガスが直上をかすめる位置で従来のエッジ
要素を除去し、音響穴を拡大し、キャビティ1cの効果
が顕著に出るようにしている。
As described above, in the conventional whistle type flowmeter, the relationship between the flow rate and the sound frequency changes at a certain flow rate, and the main sounding phenomenon on both sides of this boundary point is the high flow rate side (A). This is because it is different from the low flow rate side (B) (see FIGS. 6 and 7). In view of this, in the present invention, as shown in FIG. 2, the conventional edge element is removed at a position where the inflowing gas blows directly above it, and the acoustic hole is enlarged so that the effect of the cavity 1c becomes remarkable.

【0025】図1の本発明の実施例は各種流体の中でガ
スの流量を測定するものとして説明されている。その主
要部はホイッスル構造の発音ユニット10である。ガス
管路10a、10bの途中に立方体の函11が連結さ
れ、この函11の中に発音ユニット10が密封状態に収
容されている。函11の前壁から発音ユニット10のマ
ウスピース1fが突出し、この前壁にガス管路10aが
接続されている。ガス管路10aは例えば煙突や排気管
等の後端(出口端)に接続されるものである。したがっ
て、煙突出口で排気量を計るときには上記函11は不必
要となる。すなわち、函11は必ずしも取り付ける必要
がない。また、発音ユニット10から出るガスの排出口
を該函11の上壁に設け、この排出口にガス管路10b
が接続されている。しかし、函11を取り付けないとき
は、ガス管路10bを接続せずに直接雰囲気中に排出す
る。
The embodiment of the present invention in FIG. 1 is described as measuring the gas flow rate in various fluids. The main part is a sounding unit 10 having a whistle structure. A cubic box 11 is connected in the middle of the gas pipelines 10a and 10b, and the sounding unit 10 is housed in the box 11 in a sealed state. The mouthpiece 1f of the sound producing unit 10 projects from the front wall of the box 11, and the gas pipeline 10a is connected to this front wall. The gas pipeline 10a is connected to, for example, a rear end (outlet end) of a chimney, an exhaust pipe, or the like. Therefore, the box 11 is not necessary when measuring the exhaust volume at the smoke outlet. That is, the box 11 does not necessarily have to be attached. Further, an outlet for the gas emitted from the sounding unit 10 is provided on the upper wall of the box 11, and the gas pipeline 10b is provided at this outlet.
Is connected. However, when the box 11 is not attached, the gas pipeline 10b is directly connected to the atmosphere without being connected.

【0026】図2に示す発音ユニット10は構造を分か
りやすくするため両側の側壁1e(図1に図示されてい
る)を省略して図示されている。この発音ユニット10
は、上述したように、キャビティトーンが計測範囲全域
にわたって顕著に現れるようにするため、体育笛タイプ
のホイッスル(図9参照)を前述のように変形したもの
であり、マウスピース1fと、音響穴1bと、キャビテ
ィ1cとの三つの要素から構成されている樹脂成形品で
ある。マウスピース1fはガス管路10aからガスを流
入させるガス流入口1aとこれに連続する断面が横長矩
形のガス流路を含む。マウスピース1fからの噴流が矢
印A方向に音響穴1bの上部を通過する。音響穴1bは
マウスピース1fのガス流路の延長線上に形成されてい
る。キャビティ1cはマウスピース1fのガス流路とほ
ぼ同一の幅を有する円筒体であり、音響穴1bの下側に
連続している。音響穴1bから流入する噴流がキャビテ
ィ1c内部の流体澱みに矢印B方向の回転運動を与え
る。図2から分かるように従来のエッジは存在しない。
なお、キャビティ1cの流体澱みを回転させた流体は矢
印C方向に音響穴1bから函11の中に排出される。
The sounding unit 10 shown in FIG. 2 is shown with the side walls 1e (shown in FIG. 1) on both sides omitted for clarity. This pronunciation unit 10
As described above, the gymnastics whistle-type whistle (see FIG. 9) is modified as described above so that the cavity tone appears remarkably over the entire measurement range. It is a resin molded product composed of three elements, 1b and a cavity 1c. The mouthpiece 1f includes a gas inlet 1a for allowing gas to flow in from the gas pipe 10a, and a gas passage continuous with the gas inlet 1a having a horizontally long rectangular cross section. The jet from the mouthpiece 1f passes through the upper portion of the acoustic hole 1b in the direction of arrow A. The acoustic hole 1b is formed on an extension of the gas flow path of the mouthpiece 1f. The cavity 1c is a cylindrical body having substantially the same width as the gas flow path of the mouthpiece 1f, and is continuous with the lower side of the acoustic hole 1b. The jet flowing from the acoustic hole 1b imparts a rotational movement in the direction of arrow B to the fluid stagnation inside the cavity 1c. As can be seen from FIG. 2, there is no conventional edge.
The fluid obtained by rotating the fluid stagnation of the cavity 1c is discharged from the acoustic hole 1b into the box 11 in the direction of arrow C.

【0027】発音ユニット10の側壁1eに穴が開けら
れ、ここにマイクロフォン2が密封接続されている。こ
のマイクロフォン2は函11の側壁10cの外のハイカ
ットフィルタ3、コンパレータ4、カウンタ/タイマ
5、流量演算記6に接続され、さらに表示器7に接続さ
れている。
A hole is formed in the side wall 1e of the sound producing unit 10, and the microphone 2 is hermetically connected to the hole. The microphone 2 is connected to a high cut filter 3, a comparator 4, a counter / timer 5, a flow rate calculator 6 outside the side wall 10c of the box 11, and further connected to a display 7.

【0028】ガスがガス管路10aから発音ユニット1
0に流入し、発音ユニット10を通過してガス管路10
bから排出される時に発音ユニット10の発する音をマ
イクロフォン2が集める。このマイクロフォン2から出
力する信号に含まれる計測対象範囲外の成分をハイカッ
トフィルタ3を介して除去し、その信号をヒステリシス
(図1に示す波形(b)中に破線で示す)をかけたコン
パレータ4により一定値と比較して波形整形し、コンパ
レータ4から出力するパルス信号をカウンタ/タイマ5
によりカウントして周波数を得、この周波数に基づいて
流量演算記6で所定の関係式から流量を演算し、この演
算結果のガスの流量を表示器7に表示する。
Gas is emitted from the gas line 10a into the sound generation unit 1
0, flows through the sounding unit 10, and passes through the gas pipeline 10
The microphone 2 collects the sound emitted by the sound generation unit 10 when the sound is emitted from b. A comparator 4 in which a component outside the measurement target range included in the signal output from the microphone 2 is removed through the high-cut filter 3 and the signal is subjected to hysteresis (shown by a broken line in the waveform (b) shown in FIG. 1) is applied. The pulse signal output from the comparator 4 is shaped by comparing with a fixed value by the counter / timer 5
The frequency is calculated by counting with, the flow rate is calculated from the predetermined relational expression in the flow rate calculation record 6 based on this frequency, and the gas flow rate of the calculation result is displayed on the display unit 7.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のホイッス
ル式流量計は、流体が流入するマウスピースと該流体を
排出する音響穴と該流体が澱むキャビティとを備えた発
音ユニットを主構成要素とし、キャビティにおける流量
に比例する澱み空気の振動による音の発振周波数を流量
の測定に使用するので、このホイッスル式流量計を通過
する流体の流量と音の発信周波数との線形比例する範囲
が従来の3倍以上に拡大されることにより広範囲の流量
を計測することができ、且つ流路内に可動部が存在せ
ず、小型で構造簡単という極めて優れた効果が得られ
る。
As described above, the whistle type flow meter of the present invention has a sound generating unit as a main constituent element, which includes a mouthpiece into which a fluid flows, an acoustic hole for discharging the fluid, and a cavity in which the fluid stagnates. Since the oscillation frequency of the sound due to the vibration of stagnant air, which is proportional to the flow rate in the cavity, is used for measuring the flow rate, the linear proportional range between the flow rate of the fluid passing through this whistle type flow meter and the sound transmission frequency is conventionally The flow rate can be measured over a wide range by expanding the flow rate by 3 times or more, and there is no movable part in the flow path, so that a very small size and simple structure can be obtained.

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

【図1】本発明のホイッスル式流量計のブロック線図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram of a whistle type flow meter of the present invention.

【図2】本発明のホイッスル式流量計に使用される発音
ユニットの概略構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a sounding unit used in the whistle type flow meter of the present invention.

【図3】キャビティ要素に基づくキャビティトーンの特
性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing characteristics of cavity tones based on cavity elements.

【図4】実験に使用した体育笛タイプのホイッスルの寸
法図である。
FIG. 4 is a dimensional diagram of a physical education whistle type whistle used in an experiment.

【図5】実験に使用した体育笛タイプホイッスルの基本
要素の分解図である。
FIG. 5 is an exploded view of basic elements of a physical education whistle type whistle used in an experiment.

【図6】ホイッスル単体にガスを吹き込む強さを3段階
に変化させたときの各発音現象と発生周波数との関係を
示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between each sounding phenomenon and the generated frequency when the strength of blowing the gas into the whistle alone is changed in three stages.

【図7】ホイッスルの主たる発生音の特性を示すグラフ
である。
FIG. 7 is a graph showing characteristics of a main generated sound of a whistle.

【図8】音響穴が形成する面に直交する断面における流
体澱みの単振動の概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram of simple vibration of fluid stagnation in a cross section orthogonal to a surface formed by an acoustic hole.

【図9】従来の体育笛タイプのホイッスル式流量計に使
用されている発音ユニットの概略構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of a sounding unit used in a conventional whistle type flow meter of a physical education whistle type.

【図10】従来のホイッスル式流量計のブロック線図で
ある。
FIG. 10 is a block diagram of a conventional whistle type flow meter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a ガス流入口 1b 音響穴 1c キャビティ 1e 側壁 1f マウスピース 2 マイクロフォン 3 ハイカットフィルタ 4 コンパレータ 5 カウンタ/タイマ 6 流量演算記 7 表示器 10 発音ユニット 10a ガス管路 10b ガス管路 10c 側壁 11 函 1a Gas inlet 1b Acoustic hole 1c Cavity 1e Side wall 1f Mouthpiece 2 Microphone 3 High-cut filter 4 Comparator 5 Counter / timer 6 Flow rate calculation record 7 Indicator 10 Sounding unit 10a Gas line 10b Gas line 10c Side wall 11 Box

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流体が流入するマウスピースと該マウス
ピースからの噴流が通過する音響穴と該噴流が流体澱み
に回転振動運動を与えるキャビティとを備えた発音ユニ
ットと、前記発音ユニットで発生する音を集音する集音
手段と、前記集音手段からの出力信号周波数成分のうち
前記発音ユニットの発生音の基本周波数成分を通過させ
るフィルタ手段と、前記基本周波数成分の周波数を検出
する周波数検出手段と、予め定めた流量と周波数との関
係式から前記基本周波数成分の周波数に基づいて流体の
流量を演算する演算手段とを有することを特徴とするホ
イッスル式流量計。
1. A sounding unit provided with a mouthpiece into which a fluid flows, an acoustic hole through which a jet flow from the mouthpiece passes, and a cavity for giving a rotational oscillating motion to the fluid stagnation, and the sounding unit is generated by the sounding unit. Sound collecting means for collecting a sound, filter means for passing a fundamental frequency component of a sound generated by the sounding unit among frequency components of an output signal from the sound collecting means, and frequency detection for detecting a frequency of the fundamental frequency component A whistle type flow meter, comprising: a means for calculating the flow rate of the fluid based on the frequency of the fundamental frequency component from a predetermined relational expression between the flow rate and the frequency.
【請求項2】 前記発音ユニットが函の中に密封状に収
容され、該函から突出した前記発音ユニットのマウスピ
ースに流体流入用管路が連結され、且つ該函の外壁に計
量ずみ流体を排出するための管路が取り付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載のホイッスル式流量
計。
2. The sounding unit is hermetically housed in a box, a mouthpiece of the sounding unit protruding from the box is connected to a fluid inflow conduit, and a metered fluid is placed on an outer wall of the box. The whistle type flow meter according to claim 1, wherein a pipe line for discharging is attached.
【請求項3】 前記発音ユニットのマウスピースに流体
流入用管路が連結され、音響穴を通過した計量ずみ流体
を雰囲気中に排出することを特徴とする請求項1に記載
のホイッスル式流量計。
3. The whistle type flow meter according to claim 1, wherein a fluid inflow conduit is connected to the mouthpiece of the sounding unit to discharge the measured fluid that has passed through the acoustic hole into the atmosphere. .
【請求項4】 前記集音手段が前記円筒キャビティの近
傍に取り付けられたことを特徴とする請求項1に記載の
ホイッスル式流量計。
4. The whistle type flow meter according to claim 1, wherein the sound collecting means is attached in the vicinity of the cylindrical cavity.
【請求項5】 前記集音手段が気密を損なわずに前記函
に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載
のホイッスル式流量計。
5. The whistle type flow meter according to claim 1, wherein the sound collecting means is attached to the box without impairing airtightness.
【請求項6】 前記周波数検出手段が所定時間内の集音
手段からの出力信号をパルス化してカウントするカウン
タ/タイマであることを特徴とする請求項1に記載のホ
イッスル式流量計。
6. The whistle type flow meter according to claim 1, wherein the frequency detecting means is a counter / timer for converting the output signal from the sound collecting means within a predetermined time into pulses and counting.
【請求項7】 前記周波数検出手段がピーク検出器であ
ることを特徴とする請求項1に記載のホイッスル式流量
計。
7. The whistle type flow meter according to claim 1, wherein the frequency detecting means is a peak detector.
JP14929794A 1994-06-30 1994-06-30 Whistle type flow meter Expired - Fee Related JP3215575B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14929794A JP3215575B2 (en) 1994-06-30 1994-06-30 Whistle type flow meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14929794A JP3215575B2 (en) 1994-06-30 1994-06-30 Whistle type flow meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0814958A true JPH0814958A (en) 1996-01-19
JP3215575B2 JP3215575B2 (en) 2001-10-09

Family

ID=15472090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14929794A Expired - Fee Related JP3215575B2 (en) 1994-06-30 1994-06-30 Whistle type flow meter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3215575B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012014319A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 パイオニア株式会社 Wind speed measurement device
WO2012047792A2 (en) * 2010-10-04 2012-04-12 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University Device and method for breath analysis using acoustic resonance flow rate
WO2014128331A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-28 Hospital Sant Joan De Deu Respiratory exercising device and method
EP3050513A1 (en) * 2015-01-27 2016-08-03 Royal College of Art Expiratory flow rate monitoring

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012014319A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 パイオニア株式会社 Wind speed measurement device
WO2012047792A2 (en) * 2010-10-04 2012-04-12 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University Device and method for breath analysis using acoustic resonance flow rate
WO2012047792A3 (en) * 2010-10-04 2012-08-16 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University Device and method for breath analysis using acoustic resonance flow rate
US9347932B2 (en) 2010-10-04 2016-05-24 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University Device and method for breath analysis using acoustic resonance flow rate
WO2014128331A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-28 Hospital Sant Joan De Deu Respiratory exercising device and method
CN104994785A (en) * 2013-02-20 2015-10-21 圣胡安德申医院 Respiratory exercising device and method
EP3050513A1 (en) * 2015-01-27 2016-08-03 Royal College of Art Expiratory flow rate monitoring

Also Published As

Publication number Publication date
JP3215575B2 (en) 2001-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pankanin The vortex flowmeter: various methods of investigating phenomena
Shadle The acoustics of fricative consonants
Shadle The aerodynamics of speech
US5454375A (en) Pneumotachograph mask or mouthpiece coupling element for airflow measurement during speech or singing
Henrywood et al. The aeroacoustics of a steam kettle
Zhang et al. Sound generation by steady flow through glottis-shaped orifices
JP3215575B2 (en) Whistle type flow meter
JPS6047973B2 (en) Flowmeter
JP3215574B2 (en) Whistle type flow meter
Sato et al. Experimental study on the use of a vortex whistle as a flowmeter
JP3357499B2 (en) Whirlpool velocimeter and whirlpool flowmeter
Adachi Principles of sound production in wind instruments
JPH095132A (en) Ultrasonic gas flowmeter
JPH0791990A (en) Whistle type flowmeter
JPS632451B2 (en)
Richardson Amplitude of sound waves in pipes
JPH0783708A (en) Whistle type flowmeter
Kristiansen et al. Measurements on a little known sound source-the Vortex Whistle
Scavone et al. A stable acoustic impedance model of the clarinet using digital waveguides
JPH0921666A (en) Ultrasonic flow meter
Moore et al. Modelling of transit time ultrasonic flowmeters in theoretical asymmetric flow
Kažys et al. Experimental investigation of gas flow in pipes with recesses for ultrasonic transducers
Verge et al. Turbulence noise in flue instruments
Ooshima et al. Development of a noninvasive powder level switch by acoustic method
JP3528436B2 (en) Ultrasonic flow meter and current meter

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20010717

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees