JPH11230799A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

Ultrasonic flowmeter

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Publication number
JPH11230799A
JPH11230799A JP10046260A JP4626098A JPH11230799A JP H11230799 A JPH11230799 A JP H11230799A JP 10046260 A JP10046260 A JP 10046260A JP 4626098 A JP4626098 A JP 4626098A JP H11230799 A JPH11230799 A JP H11230799A
Authority
JP
Japan
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transducer
vibration
fluid
ultrasonic
pipeline
Prior art date
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Pending
Application number
JP10046260A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Shimizu
和義 清水
Masaru Hoshikawa
星川  賢
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.)
Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP10046260A priority Critical patent/JPH11230799A/en
Publication of JPH11230799A publication Critical patent/JPH11230799A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flowmeter for accurately measuring the flowrate of a fluid flowing in a pipeline with an extremely small diameter. SOLUTION: An ultrasonic flowmeter is set to a value where the dimensions of transducers 1a and 1b are, for example, ten times or more as large as the diameter of a pipeline T. Preferably, vibration transfer means 2a and 2b being formed between the transducers 1a and 1b convert vibration in the diameter direction of the transducers 1a and 1b to vibration in the direction of a pipe axis of the pipeline T for transferring to a fluid in the pipeline. Attenuation mechanisms 7a-7b and 8 for attenuating an ultrasonic wave being transferred in the pipe wall are formed on the pipe wall of the pipeline T.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の伝播時間
差から流体の流量や流速を計測する超音波流量計に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate and a flow velocity of a fluid from a difference in propagation time of an ultrasonic wave.

【0002】[0002]

【従来の技術】測定対象の流体中に超音波を伝播させ、
その下流方向と上流方向への伝播時間の差から流量や流
速を計測する超音波流量計が広く使用されている。最も
簡単な構成の超音波流量計では、1対のトランスジュー
サ(電気/音響変換器あるいは超音波振動子)が流体内
の上流側と下流側とに対向させて設置される。しかなが
ら、通常は、トランスジューサを流路内に設置すること
に伴う流速の乱れや、トランスジューサと流体の接触に
伴う流体の汚染やトランスジューサの腐食などの問題を
回避するために、トランスジューサを流体の流れる管路
の外側に設置する場合が多い。このようにトランスジュ
ーサを管路の外部に設置する超音波流量計では、管路の
外側に管路に対して斜めにかつ互いに対向するように1
対のトランスジューサが設置され、流速に対して所定の
角度傾いた超音波の伝播路が形成される。
2. Description of the Related Art Ultrasonic waves are propagated in a fluid to be measured,
Ultrasonic flowmeters that measure the flow rate and flow velocity from the difference in propagation time in the downstream and upstream directions are widely used. In an ultrasonic flow meter having the simplest configuration, a pair of transducers (electric / acoustic transducers or ultrasonic transducers) are installed so as to face the upstream side and the downstream side in the fluid. However, in order to avoid problems such as disturbances in the flow velocity caused by installing the transducer in the flow path, contamination of the fluid due to contact of the transducer with the fluid, and corrosion of the transducer, the flow of the fluid through the transducer is usually avoided. It is often installed outside the pipeline. As described above, in the ultrasonic flowmeter in which the transducer is installed outside the pipeline, the transducer is disposed outside the pipeline so as to be oblique and opposed to the pipeline.
A pair of transducers is provided to form an ultrasonic wave propagation path inclined at a predetermined angle with respect to the flow velocity.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置の製
造工程や医療などの分野で、極めて細い管内を流れる流
体の流量を測定したり、極めて小さな流量を測定したり
することが必要となってきている。しかしながら、上記
従来の超音波流量計では、トランスジューサを管路の内
部に設置する場合は勿論のこと、これを管路の外部に設
置する場合であっても、トランスジューサの径が管路の
径よりも小さいということが当然と考えられてきた。こ
れは、トランスジューサを管路の外部に取り付ける場合
であっても、トランスジューサの径が管路の径よりも大
きくなると、そのようなトランスジューサを管路に取付
けることが困難になるだけでなく、管路内を流れる流体
と管外のトランスジューサとの間で超音波を伝達するこ
とが困難になり、伝達効率が極端に低下するからであ
る。
In recent years, it has become necessary to measure the flow rate of a fluid flowing through an extremely thin tube or to measure an extremely small flow rate in the fields of semiconductor device manufacturing processes and medical fields. ing. However, in the above-described conventional ultrasonic flowmeter, the diameter of the transducer is larger than the diameter of the pipe, even when the transducer is installed inside the pipe, as well as when the transducer is installed inside the pipe. It has been taken for granted that it is also small. This is because even if the transducer is mounted outside the pipeline, if the diameter of the transducer is larger than the diameter of the pipeline, not only is it difficult to mount such a transducer in the pipeline, but also This is because it becomes difficult to transmit the ultrasonic wave between the fluid flowing inside and the transducer outside the tube, and the transmission efficiency is extremely reduced.

【0004】従って、小径の細管内を流れる流体の流量
を計測しようとする超音波流量計では、特別に小型のト
ランスジューサを特注品として入手することが必要にな
り、コスト高になるだけでなく、小型化に伴う超音波出
力の低下によって必要な測定精度が確保できなくなるな
どの問題があった。また、細管の径を、測定対象の短い
区間だけについてトランスジューサの径と同等の大きさ
になるように拡大するという対策も考えられるが、管径
の拡大に伴い流速が低下し、この結果、もともと小さな
流量に対する測定誤差がますます拡大するという問題が
ある。
Therefore, in an ultrasonic flowmeter for measuring the flow rate of a fluid flowing through a small-diameter thin tube, it is necessary to obtain a specially small-sized transducer as a custom-ordered product. There has been a problem that the required measurement accuracy cannot be ensured due to a decrease in the ultrasonic output accompanying the miniaturization. It is also conceivable to increase the diameter of the thin tube so that it becomes the same as the diameter of the transducer only in the short section of the measuring object.However, as the diameter of the tube increases, the flow velocity decreases. The problem is that the measurement error for small flow rates is even greater.

【0005】このため、従来は、小径の管内を流れる流
体の流量については、超音波流量計を使用せず、流体を
一定分量の液滴として滴下させてその個数を計数するこ
とにより流量を計数するなど他の原理に基づく測定を行
ってきた。
For this reason, conventionally, the flow rate of a fluid flowing through a small-diameter pipe is counted by dropping the fluid as a fixed amount of droplets without using an ultrasonic flowmeter and counting the number of the droplets. Measurements based on other principles.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の超音波流量計
は、管路内を流れる流体中に管路外のトランスジューサ
が発生した超音波を放射し、流体の流速又は流量を計測
する。そして、このトランスジューサの寸法は管路の径
よりも大きな値に設定されている。
SUMMARY OF THE INVENTION An ultrasonic flowmeter of the present invention emits ultrasonic waves generated by a transducer outside a pipeline into a fluid flowing through the pipeline, and measures the flow velocity or flow rate of the fluid. The size of the transducer is set to a value larger than the diameter of the pipeline.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、トランスジューサの寸法は流体が流れる管路の径の
寸法の10倍以上の値に設定されている。
According to a preferred embodiment of the present invention, the size of the transducer is set to be at least ten times the diameter of the conduit through which the fluid flows.

【0008】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
トランスジューサと管路との間には振動伝達手段が形成
されている。本発明の他の好適な実施の形態によれば、
トランスジューサは径方向への振動成分を含む振動を発
生し、上記振動伝達手段はこのトランスジューサの径方
向への振動成分を管路の管軸方向への振動成分に変換し
ながらこの管路内の流体に伝達するように構成されてい
る。
According to another preferred embodiment of the present invention,
Vibration transmitting means is formed between the transducer and the pipeline. According to another preferred embodiment of the present invention,
The transducer generates vibration including a radial vibration component, and the vibration transmitting means converts the radial vibration component of the transducer into a vibration component in the pipe axis direction of the pipe while the fluid in the pipe is being moved. It is configured to transmit to.

【0009】本発明の更に他の好適な実施の形態によれ
ば、トランスジューサ間の管路の管壁にはこの管壁内を
伝播する超音波を減衰させるための減衰機構が形成され
ている。
According to still another preferred embodiment of the present invention, an attenuating mechanism for attenuating an ultrasonic wave propagating in the tube wall is formed on the tube wall of the conduit between the transducers.

【0010】本発明の更に好適な実施の形態によれば、
この超音波流量計は、横方向への振動を発生する板状の
トランスジューサと、このトランスジューサが固定され
ると共に、このトランスジューサの寸法よりも小さな径
の流体の管路に周辺部分と中心部分とにおいて連結され
るL字形状の流路が内部に形成された平板状の振動伝達
手段とが管路の上流側と下流側とに設置されている。
According to a further preferred embodiment of the present invention,
This ultrasonic flowmeter has a plate-like transducer that generates vibration in the lateral direction, and a fixed-transducer, and a fluid passage having a diameter smaller than the size of the transducer. Plate-shaped vibration transmission means in which an L-shaped flow path to be connected is formed is installed on the upstream side and the downstream side of the pipeline.

【0011】[0011]

【実施例】図1は、本発明の一実施例の超音波流量計の
構成を示すブロック図であり、1a,1bはトランスジ
ューサ、2a,2bは振動伝達子、3は送受信器、4は
データプロセッサ、5は表示器、6は操作パネル、7、
8は振動減衰器、Tは流量を測定しようとする流体の管
路である。
FIG. 1 is a block diagram showing the construction of an ultrasonic flowmeter according to an embodiment of the present invention, wherein 1a and 1b are transducers, 2a and 2b are vibration transducers, 3 is a transceiver, and 4 is data. Processor, 5 a display, 6 an operation panel, 7,
8 is a vibration damper, and T is a conduit for the fluid whose flow rate is to be measured.

【0012】管路Tは、ガラス、金属、樹脂などを素材
とし、その典型的な直径は、1mmから0.2mmであ
る。この管路Tの内部には、流量測定対象の液体や気体
から成る流体が図中に示す矢印の方向に流れる。この管
路Tの上流側には振動伝達子2aを介してトランスジュ
ーサ(電気/音響変換器もしくは振動子)1aが取付け
られると共に、下流側には振動伝達子2bを介してトラ
ンスジューサ2bが取付けられている。
The conduit T is made of glass, metal, resin, or the like, and has a typical diameter of 1 mm to 0.2 mm. Inside the pipe T, a fluid composed of a liquid or gas to be measured for flow flows in the direction of the arrow shown in the figure. A transducer (electric / acoustic transducer or vibrator) 1a is mounted on the upstream side of the pipe T via a vibration transmitter 2a, and a transducer 2b is mounted on the downstream side via a vibration transmitter 2b. I have.

【0013】図2は、振動伝達子2aを介在させながら
トランスジューサ1aを管路Tに取り付けた状態を示す
拡大断面図である。円板形状のトランスジューサ1a
が、同じく円板形状の振動伝達子2a上に、接着剤層
や、図示しないボルト締め機構などを介して固定されて
いる。振動伝達子2aは、金属や樹脂を素材としてお
り、その典型的な寸法は、直径が15mm、厚みが2m
mである。この振動伝達子2aの内部には中心付近で折
れ曲がりながら周辺部分から中心部分にかけて延長され
るL字形状の内部管路Sが形成されている。内部管路S
の周辺部分の端部と、中心部分の端部には、それぞれ管
路Tが、圧入や、溶接などによって連結されている。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a state in which the transducer 1a is attached to the conduit T with the vibration transmitter 2a interposed therebetween. Disc-shaped transducer 1a
Are fixed on the disk-shaped vibration transmitter 2a via an adhesive layer or a bolting mechanism (not shown). The vibration transmitter 2a is made of metal or resin, and its typical dimensions are 15 mm in diameter and 2 m in thickness.
m. Inside the vibration transmitter 2a, an L-shaped internal conduit S extending from the peripheral portion to the central portion while being bent near the center is formed. Internal pipeline S
The pipeline T is connected to the end of the peripheral portion and the end of the central portion by press fitting, welding, or the like.

【0014】振動伝達子2aの表面に固定される円板形
状のトランスジューサ1aは、主としてその径方向に伸
縮するラジアルモードの振動成分を含む超音波振動を発
生する。このラジアルモードの振動成分は円板形状の振
動伝達子2aに伝達され、この振動伝達子2aは径方向
に伸縮する。ここで、L字形状の内部管路Sの折れ曲が
り部分とトランスジューサ1aが固定される表面との間
の点線で囲まれた矩形状の断面部分Rに着目し、この断
面部分Rがラジアルモードの振動成分によってどのよう
な変形するを図3を参照しながら説明する。
The disk-shaped transducer 1a fixed to the surface of the vibration transmitter 2a generates ultrasonic vibration mainly including radial-mode vibration components that expand and contract in the radial direction. The vibration component in the radial mode is transmitted to the disk-shaped vibration transmitter 2a, which expands and contracts in the radial direction. Here, attention is paid to a rectangular cross section R surrounded by a dotted line between the bent portion of the L-shaped internal conduit S and the surface to which the transducer 1a is fixed. The deformation depending on the components will be described with reference to FIG.

【0015】断面部分Rの形状は、ラジアルモードの振
動成分に伴う径方向への伸縮が発生しない状態では、
(A)に示すように、矩形状を保っている。次に、
(B)に示すように、断面部分Rがラジアルモードの振
動成分に伴って径方向に延びると、長辺の中心部分が径
方向と直角の軸線方向に縮む。逆に、(C)に示すよう
に、断面部分Rがラジアルモードの振動成分に伴って径
方向に縮むと、長辺の中心部分が径方向と直角の軸線方
向に伸びる。径方向への伸縮に伴う軸線方向の伸縮は、
縦ひずみとも称され、両者の比率はポアソン率ε(<
1)と称されている。
The shape of the cross-sectional portion R is such that in the state where expansion and contraction in the radial direction due to the vibration component of the radial mode does not occur,
As shown in (A), the shape is kept rectangular. next,
As shown in (B), when the cross-sectional portion R extends in the radial direction with the vibration component in the radial mode, the central portion of the long side shrinks in the axial direction perpendicular to the radial direction. Conversely, as shown in (C), when the cross-sectional portion R shrinks in the radial direction due to the radial mode vibration component, the central portion of the long side extends in the axial direction perpendicular to the radial direction. The expansion and contraction in the axial direction due to the expansion and contraction in the radial direction
Also called longitudinal strain, the ratio of both is Poisson's ratio ε (<
1).

【0016】上述のように、振動伝達子2aは、トラン
スジューサ1aから伝達されてラジアルモードの振動成
分を、ポアソン率だけ縮小された軸線方向への振動成分
に変換すると同時に、その中心近傍において直角に折れ
曲がることによってその軸線方向に延長される内部管路
S内の流体に軸線方向への振動成分を伝達する。具体的
には、図2の点線で囲んだ断面部分Rの下辺が上下に振
動することにより、下方に流れる内部管路S内の流体に
対して流れの方向への振動成分(縦振動)が伝達され
る。
As described above, the vibration transmitter 2a converts the radial mode vibration component transmitted from the transducer 1a into an axial vibration component reduced by Poisson's ratio, and at the same time, at right angles near its center. By bending, the vibration component in the axial direction is transmitted to the fluid in the internal conduit S that is extended in the axial direction. Specifically, when the lower side of the cross-sectional portion R surrounded by the dotted line in FIG. Is transmitted.

【0017】再び図1を参照すると、送受信器3は、デ
ータプロセッサ4からの指令に従ってトランスジューサ
1aを駆動することにより、このトランスジューサに適
宜な周波数、例えば、200 〜300 kHzのバースト状の超
音波信号を発生させる。この超音波信号は、前述したよ
うに、振動伝達子2aを介して管路T内の流体に伝達さ
れ、トランスジューサ1aから一定の距離をおいて、か
つこのトランスジューサ1aに対して振動伝達子2bを
介して対向して設置されているトランスジューサ1bに
受信される。
Referring again to FIG. 1, the transceiver 3 drives the transducer 1a in accordance with a command from the data processor 4 so that the transducer 1a transmits a burst-like ultrasonic signal having an appropriate frequency, for example, 200 to 300 kHz. Generate. As described above, the ultrasonic signal is transmitted to the fluid in the pipe T via the vibration transmitter 2a, and the ultrasonic signal is transmitted to the transducer 1a at a fixed distance and the vibration transmitter 2b is transmitted to the transducer 1a. The signal is received by the transducer 1b installed opposite thereto.

【0018】このトランスジューサ1bにおける超音波
信号の受信は、送受信部3を介してデータプロセッサ4
に通知される。データプロセッサ4は、送受信器3を介
してトランスジューサ1aに超音波の発生を指令した時
点と、トランスジューサ1bから超音波信号の受信の通
知を受けた時点との間の時間を、トランスジューサ1a
と1bとの間の流体中をこの流体の流れと同一の方向
(下流方向)に超音波が伝播するのに要した伝播所要時
間として保存する。
The reception of the ultrasonic signal by the transducer 1b is performed by the data processor 4 via the transmission / reception unit 3.
Will be notified. The data processor 4 determines the time between the time when the ultrasonic wave is instructed to the transducer 1a via the transceiver 3 and the time when the notification of the reception of the ultrasonic signal is received from the transducer 1b.
Is stored as the propagation time required for the ultrasonic waves to propagate in the same direction (downstream direction) as the flow of the fluid between the fluids 1 and 1b.

【0019】同様に、データプロセッサ4は、送受信器
3を介してトランスジューサ1bに超音波を発生させ、
トランスジューサ1aにおける超音波信号の受信の通知
を送受信器3を介して受信する。データプロセッサ4
は、送受信器3を介してトランスジューサ1bに超音波
の発生を指令した時点と、トランスジューサ1aから超
音波信号の受信の通知を受けた時点との間の時間を、ト
ランスジューサ1bと1aとの間の流体中をこの流体の
流れと逆方向(上流方向)に超音波が伝播するのに要し
た伝播所要時間として保存する。
Similarly, the data processor 4 causes the transducer 1b to generate ultrasonic waves via the transceiver 3,
A notification of reception of an ultrasonic signal in the transducer 1a is received via the transceiver 3. Data processor 4
Is the time between the time when the ultrasonic wave is instructed to the transducer 1b via the transceiver 3 and the time when the notification of the reception of the ultrasonic signal is received from the transducer 1a. The propagation time required for the ultrasonic wave to propagate in the fluid in the opposite direction (upstream direction) to the flow of the fluid is stored.

【0020】データプロセッサ4は、超音波の下流方向
と上流方向への伝達所要時間の逆数の差と、静止流体中
の超音波の伝播速度から流体の流速を算定し、この算定
した流速に管路の断面積と流速分布に関する補正係数と
を乗算することにより流体の流量を算定する。この算定
された流速や流量は、表示パネル5上に表示される。上
記データプロセッサ4による一連の処理は、操作パネル
6から入力される指令に従って行われる。
The data processor 4 calculates the flow velocity of the fluid from the reciprocal difference between the transmission times of the ultrasonic waves in the downstream direction and the upstream direction, and the propagation velocity of the ultrasonic waves in the stationary fluid. The flow rate of the fluid is calculated by multiplying the cross-sectional area of the road by the correction coefficient relating to the flow velocity distribution. The calculated flow velocity and flow rate are displayed on the display panel 5. A series of processing by the data processor 4 is performed according to a command input from the operation panel 6.

【0021】この超音波流量計では、円板状のトランス
ジューサ1a,1bや、振動伝達子2a,2bの寸法に
比べて管路Tの内径がかなり小さいため、トランスジュ
ーサが発生した超音波振動のかなりの部分が内部の流体
にではなく、管路そのものに伝達される。しかも、管路
Tの径が従来のものよりも極端に小さいため、この管路
Tの内部に形成される流路の断面積に対して管壁の断面
積の比率が高くなる。この結果、管路T内の流体中を伝
播する超音波のエネルギーに比べてかなり大きなエネル
ギーの超音波が管路Tの管壁内を伝播することになる。
In this ultrasonic flowmeter, since the inner diameter of the pipe T is considerably smaller than the dimensions of the disk-shaped transducers 1a and 1b and the vibration transmitters 2a and 2b, the ultrasonic vibration generated by the transducer is considerably large. Is transmitted not to the internal fluid, but to the conduit itself. Moreover, since the diameter of the pipe T is extremely smaller than that of the conventional one, the ratio of the cross-sectional area of the pipe wall to the cross-sectional area of the flow path formed inside the pipe T is increased. As a result, an ultrasonic wave having a considerably larger energy than the ultrasonic wave propagating in the fluid in the pipe T propagates in the pipe wall of the pipe T.

【0022】管路Tの素材は、ガラス、金属、樹脂など
の固体であるため液体や気体から成る流体に比べて密度
が極めて高く、従って、超音波の伝播速度も流体中のそ
れよりも格段に大きい。この結果、送信側のトランスジ
ューサで発生された超音波のうち管壁中を伝播した成分
が流体中を伝播した成分に先立っていち早く受信側のト
ランスジューサに到達し、ここで反射されて送信側トラ
ンスジューサに伝播し更に反射を受けて再度受信側のト
ランスジューサに到着する。このように、管壁内を伝播
する超音波が送信側と受信側のトランスジューサの間を
何回も往復し、流体内を伝播する超音波の送受信に妨害
を及ぼす。
Since the material of the conduit T is a solid such as glass, metal or resin, it has a very high density as compared with a fluid composed of a liquid or a gas. Therefore, the propagation speed of the ultrasonic wave is much higher than that of the fluid. Big. As a result, of the ultrasonic waves generated by the transmitting-side transducer, the component that has propagated through the tube wall arrives at the receiving-side transducer sooner than the component that has propagated through the fluid, and is reflected there and transmitted to the transmitting-side transducer. The light propagates, is further reflected and arrives at the receiving transducer again. As described above, the ultrasonic wave propagating in the tube wall reciprocates many times between the transmitter and the receiver on the transmitting side and interferes with the transmission and reception of the ultrasonic wave propagating in the fluid.

【0023】上記、妨害を及ぼす不要な超音波を減衰さ
せるため、シリコンゴムの振動減衰器7a〜7dが管路
上への塗布によって形成される。また、振動減衰器8
は、多孔性のゴム(スポンジ)を管路の外周面に巻きつ
けたのち押し潰すことにより形成される。
In order to attenuate the undesired ultrasonic waves which cause interference, the vibration attenuators 7a to 7d made of silicone rubber are formed by coating on the pipeline. Also, the vibration damper 8
Is formed by winding a porous rubber (sponge) around the outer peripheral surface of the pipe and then crushing the same.

【0024】図4は、上記実施例の実験データを示す図
である。図1において一方のトランスジューサ1aから
超音波を送信し、他方のトランスジューサ1bで受信し
た波形をオッシロスコープからプリンタに出力したもの
である。なお、管路Tの直径は0.53mm、トランスジュー
サ1aと1bの間隔は265mm である。上段の(A)は管
路T内の水が静止状態にある場合の受信波形、中段の
(B)は超音波の伝播方向に水を流した場合の受信波
形、下段の(C)は超音波の伝播方向と逆方向に水を流
した場合の受信波形である。静止状態を中心にして、超
音波の伝播方向に水を流した場合には受信波形が早く出
現し、逆方向に水を流した場合には受信波形が遅れて出
現する。この伝播時間の差から伝播速度の差を算定する
ことにより水流の速度を測定することができる。
FIG. 4 is a view showing experimental data of the above embodiment. In FIG. 1, an ultrasonic wave is transmitted from one transducer 1a, and a waveform received by the other transducer 1b is output from an oscilloscope to a printer. The diameter of the pipe T is 0.53 mm, and the distance between the transducers 1a and 1b is 265 mm. The upper part (A) shows the reception waveform when the water in the pipeline T is stationary, the middle part (B) shows the reception waveform when the water flows in the ultrasonic wave propagation direction, and the lower part (C) shows the reception waveform. It is a reception waveform at the time of flowing water in the direction opposite to the propagation direction of a sound wave. When the water flows in the propagation direction of the ultrasonic wave around the stationary state, the reception waveform appears earlier, and when the water flows in the opposite direction, the reception waveform appears later. By calculating the difference in the propagation speed from the difference in the propagation time, the speed of the water flow can be measured.

【0025】以上、超音波の伝達効率を高めるうえで、
主としてトランスジューサに径方向への振動成分を発生
させる構成を例示した。しかしながら、管路の内径が比
較的大きい場合や、超音波の伝達効率が多少犠牲にでき
る場合などには、トランスジューサに軸線方向への振動
を発生させ、これをそのまま軸線方向の振動成分(縦振
動成分)として流体に伝達する構成とすることもでき
る。
As described above, in order to increase the transmission efficiency of ultrasonic waves,
The configuration in which the transducer mainly generates a vibration component in the radial direction has been exemplified. However, when the inner diameter of the conduit is relatively large, or when the transmission efficiency of the ultrasonic wave can be slightly sacrificed, the transducer generates vibration in the axial direction, which is directly subjected to the vibration component in the axial direction (longitudinal vibration). It can also be configured to transmit to the fluid as a component).

【0026】また、流体の上流側と下流側とに1対の振
動子を対向させて設置し、各方向への超音波の伝播時間
の差から流量を測定する構成するを例示した。しかしな
がら1個のトランスジューサから流体中に超音波を放射
し、流体内部からの反射波の周波数のドップラーシフト
量から流速と流量を測定すドップラー式の流量計に本発
明を適用することもできる。
Also, an example has been described in which a pair of vibrators are installed to face each other on the upstream side and the downstream side of the fluid, and the flow rate is measured from the difference in the propagation time of the ultrasonic wave in each direction. However, the present invention can also be applied to a Doppler type flow meter that emits ultrasonic waves into a fluid from one transducer and measures the flow velocity and the flow rate from the Doppler shift amount of the frequency of the reflected wave from the inside of the fluid.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波流量計は、トランスジューサの寸法が管路の径より
も大きな値に設定されているため、細い管路内を流れる
流体の流量を、超音波を利用して容易かつ高精度で測定
することができる。
As described above in detail, in the ultrasonic flowmeter of the present invention, since the size of the transducer is set to a value larger than the diameter of the pipe, the flow rate of the fluid flowing through the narrow pipe is Can be easily and accurately measured using ultrasonic waves.

【0028】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
トランスジューサは径方向への振動成分を含んでおり、
このトランスジューサと管路との間にはこのトランスジ
ューサの径方向への振動成分を管路の管軸方向への振動
成分に変換しながらこの管路内の流体に伝達する振動伝
達手段が形成されているため、トランスジューサと管路
内の流体との間で効率の良い振動の伝達が実現される。
According to another preferred embodiment of the present invention,
The transducer contains a radial vibration component,
Vibration transmitting means is formed between the transducer and the pipe for transmitting a vibration component in the radial direction of the transducer to a vibration component in the pipe axis direction of the pipe while transmitting the vibration component to the fluid in the pipe. Therefore, efficient transmission of vibration between the transducer and the fluid in the pipeline is realized.

【0029】本発明の超音波流量計は、大きな径の管路
内を小さな流速で流れる流体を、小さな径の管路内に流
すことによりその流速を高め、この流速の測定精度を高
めるという用途にも適用できる。
The ultrasonic flowmeter of the present invention is used for increasing the flow rate of a fluid flowing at a small flow rate in a pipe having a large diameter by flowing the fluid at a small flow rate in the pipe having a small diameter. Also applicable to

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

【図1】本発明の一実施例の超音波流量計の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic flowmeter according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のトランスジューサ、振動伝達子及び管路
の部分を拡大して示す拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing, in an enlarged manner, a portion of a transducer, a vibration transmitter, and a pipeline in FIG. 1;

【図3】振動伝達手段の内部においてラジアルモードの
振動成分が軸方向の振動成分に変換される様子を説明す
るための概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining how a radial mode vibration component is converted into an axial vibration component inside a vibration transmission unit.

【図4】上記実施例の実験データを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing experimental data of the above embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b トランスジューサ 2a,2b 振動伝達子 3 送受信器 4 データプロセッサ 5 表示器 6 操作パネル 7,8 振動減衰器 T 流量測定対象の流体の管路 1a, 1b Transducer 2a, 2b Vibration transducer 3 Transceiver 4 Data processor 5 Display 6 Operation panel 7,8 Vibration attenuator T Pipe for fluid to be measured

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】管路内を流れる流体中に管路外のトランス
ジューサが発生した超音波を放射し、この流体の流速又
は流量を計測する超音波流量計において、 前記トランスジューサの寸法が前記管路の径よりも大き
な値に設定されたことを特徴とする超音波流量計。
1. An ultrasonic flowmeter for emitting ultrasonic waves generated by a transducer outside a pipeline into a fluid flowing through the pipeline and measuring the flow velocity or flow rate of the fluid, wherein the size of the transducer is equal to that of the pipeline. An ultrasonic flowmeter characterized by being set to a value larger than the diameter of the ultrasonic flowmeter.
【請求項2】請求項1において、 前記トランスジューサの寸法は、前記管路の径の10倍
以上の値に設定されたことを特徴とする超音波流量計。
2. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the size of the transducer is set to a value that is at least ten times the diameter of the conduit.
【請求項3】 請求項1又は2において、 前記トランスジューサと管路との間に、振動伝達手段が
形成されたことを特徴とする超音波流量計。
3. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein a vibration transmitting unit is formed between the transducer and the pipeline.
【請求項4】 請求項3において、 前記トランスジューサは、径方向への振動成分を含む振
動を発生し、 前記振動伝達手段は、前記トランスジューサの径方向へ
の振動成分を前記管路の管軸方向への振動成分に変換し
ながら前記管路内の流体に伝達することを特徴とする超
音波流量計。
4. The transducer according to claim 3, wherein the transducer generates a vibration including a vibration component in a radial direction, and the vibration transmission unit transmits the vibration component in a radial direction of the transducer in a pipe axis direction of the conduit. An ultrasonic flowmeter for transmitting a vibration component to a fluid in the conduit while converting the vibration component into a fluid.
【請求項5】 請求項1乃至4のそれぞれにおいて、 前記トランスジューサは前記管路の上流側と下流側とに
互いに対向するように配置され、上流側への伝播速度と
下流側への伝播速度の差から前記流体の流速と流量が測
定されることを特徴とする超音波流量計。
5. The apparatus according to claim 1, wherein the transducers are arranged so as to face each other on an upstream side and a downstream side of the pipeline, and the propagation speed of the upstream side and the propagation speed of the downstream side are different from each other. An ultrasonic flowmeter, wherein the flow rate and the flow rate of the fluid are measured from the difference.
【請求項6】 請求項5において、 前記トランスジューサ間の管路の管壁にはこの管壁内を
伝播する超音波を減衰させるための減衰機構が形成され
たことを特徴とする超音波流量計。
6. The ultrasonic flowmeter according to claim 5, wherein an attenuation mechanism for attenuating an ultrasonic wave propagating in the tube wall is formed on a tube wall of the conduit between the transducers. .
【請求項7】超音波振動を発生する板状のトランスジュ
ーサと、 このトランスジューサが固定されると共に、このトラン
スジューサの寸法よりも小さな径の流体の管路に周辺部
分と中心部分とにおいて連結されるL字形状の流路が内
部に形成された平板状の振動伝達手段とを備えたことを
特徴とする超音波流量計。
7. A plate-like transducer for generating ultrasonic vibrations, and an L fixed to the transducer and connected at a peripheral portion and a central portion to a fluid conduit having a diameter smaller than the size of the transducer. An ultrasonic flowmeter comprising: a flat-plate-like vibration transmission means having a U-shaped flow path formed therein.
【請求項8】 請求項7において、 前記トランスジューサは、横方向の振動成分を含む超音
波振動を発生することを特徴とする超音波流量計。
8. The ultrasonic flowmeter according to claim 7, wherein the transducer generates an ultrasonic vibration including a lateral vibration component.
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