JPS59155718A - Flow velocity detecting apparatus - Google Patents

Flow velocity detecting apparatus

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JPS59155718A
JPS59155718A JP3112483A JP3112483A JPS59155718A JP S59155718 A JPS59155718 A JP S59155718A JP 3112483 A JP3112483 A JP 3112483A JP 3112483 A JP3112483 A JP 3112483A JP S59155718 A JPS59155718 A JP S59155718A
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JP
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pipe
electrode
flow velocity
detection electrode
bubbles
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JP3112483A
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Japanese (ja)
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Hideo Onishi
秀夫 大西
Mitsuo Shintani
光男 新谷
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YAMAMOTO DENKI INSTR KK
Original Assignee
YAMAMOTO DENKI INSTR KK
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    • 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
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter

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Abstract

PURPOSE:To measure the flow velocity of a liquid, especially, the liquid having viscosity or the liquid comprising muddy matter flowed through a pipe at a low speed, by selecting the operation of either one of three systems by an apparatus comprising the combination of an air bubble injector, an electrostatic capacity detecting electrode and a flow velocity operator. CONSTITUTION:An air bubble injector 2 capable of injecting a minute amount of air bubbles into a pipe 1 is provided to the pipe 1 while an electrostatic capacity detecting electrode 3 is provided behind said injector 2 so as to leave a distance L2 therefrom and connected to a converter 4 for converting electrostatic capacity to an electric signal. A flow velocity operator 5 inputting this electric signal and the injection signal generated when air bubbles are injected by the injector 2 measures an air bubble passing time and divides the distance L2 by a measuring time to calculate a flow velocity. The electrode 3 is determined by the properties of the substance to be detected flowed through the pipe 1 or the selection of an operation system and, when the dielectric constant of the substance to be detected may be large and the electrode may be small, a detection electrode 7 and an opposed electrode 8 are opposedly provided on the insulating sheet 6 fixed to a part of the pipe 1 and the electrostatic capacity of the detection electrode 7 to the opposed electrode 8 is calculated.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、粘性の強い液体や摩耗性のある泥状の液体
の流速を検出する液体の流速検出装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid flow rate detection device for detecting the flow rate of a highly viscous liquid or an abrasive muddy liquid.

従来、流量計・流速計には種々の方式が提案されている
が、流れへの干渉の少ない超音波流速計や電磁流量計は
低速での精度が悪く、また、低速流体の流量測定の可能
な各種機械式のものは粘性の強い液体や、摩耗性のある
泥状の液体に応用できないという欠点かあった。このた
め、パイプ内を低速で送ることの多い粘性の強い液体や
、摩耗性の強い石粉、金属粉を含んだ泥状の液体の流量
検出には、未だ適当な計測器が存在しないというのが現
状である。
Conventionally, various methods have been proposed for flowmeters and current meters, but ultrasonic flowmeters and electromagnetic flowmeters, which have little interference with the flow, have poor accuracy at low speeds, and are not capable of measuring the flow rate of low-speed fluids. The various mechanical types had the disadvantage that they could not be applied to highly viscous liquids or abrasive muddy liquids. For this reason, there is still no suitable measuring device for detecting the flow rate of highly viscous liquids that are often sent through pipes at low speeds, or muddy liquids that contain highly abrasive stone powder or metal powder. This is the current situation.

この発明は、以上の事情に鑑みなされたもので、流体の
化学組成に変化を与えず、且つ流れに障害を与える危険
性のない気泡を、流量を変化させる心配のない極く微量
だけ注入し、この気泡が流体と共に伝搬するのを静電容
量検出器によって検出して流体の流速を測定することが
できる液体の流速検出装置を提供することを目的とする
ものである。
This invention was made in view of the above circumstances, and it is possible to inject a very small amount of air bubbles that do not change the chemical composition of the fluid and do not pose a risk of impeding the flow, without worrying about changing the flow rate. It is an object of the present invention to provide a liquid flow rate detection device that can measure the flow rate of the fluid by detecting the propagation of the bubbles together with the fluid using a capacitance detector.

以下、この発明を添付図面に示す実施例に基づいて説明
する。
The present invention will be described below based on embodiments shown in the accompanying drawings.

第1図に示すように、パイプ1には微量の気泡をパイプ
1内に注入できる気泡注入器2が設けられ、この気泡注
入器2の後方(下流)には気泡注入器2と距離L1を隔
てて静電容量検出電極3が設けられ、静電容量検出電極
3は静電容量を電気信号に変換する変換器4に接続され
ている。この電気信号と、気泡注入器2が気泡を注入す
る際に発する注入信号を入力とする流速演算器5は、気
泡が注入されて注入信号が発せられてから静電容量検出
電極3及び変換器4によって気泡の通過を検出するまで
の時間を測定し、距離り、を測定時間で割ることにより
流速を算出する。
As shown in FIG. 1, a pipe 1 is provided with a bubble injector 2 that can inject a small amount of bubbles into the pipe 1. Behind (downstream) of this bubble injector 2, there is a distance L1 between the bubble injector 2 and the bubble injector 2. A capacitance detection electrode 3 is provided at a distance, and the capacitance detection electrode 3 is connected to a converter 4 that converts capacitance into an electrical signal. The flow rate calculator 5, which receives this electric signal and the injection signal emitted by the bubble injector 2 when injecting bubbles, connects the capacitance detection electrode 3 and the converter after the bubbles are injected and the injection signal is emitted. 4, the time until the passage of the bubble is detected is measured, and the flow velocity is calculated by dividing the distance by the measurement time.

上記静電容量検出電極3は、パイプ1内を流れる検出物
の性質や、演算方式の選択によって決定されるものであ
り、その例を示す。第1に、検出物の誘電率が大きくて
電極が小さくてもよい場合、特に局所的な静電容量変化
を検出する必要がある場合は、第2図に示すように、パ
イプ1の一部に固定した絶縁シート6」−に検出電極7
と対向電極8とを対向して設け、対向電極8に対する検
出電極7の静電容量を求める。
The capacitance detection electrode 3 is determined by the nature of the object to be detected flowing in the pipe 1 and the selection of the calculation method, and an example thereof will be shown below. First, if the dielectric constant of the object to be detected is large and the electrode can be small, especially if it is necessary to detect local capacitance changes, a part of the pipe 1 as shown in FIG. An insulating sheet 6” fixed to a detection electrode 7
and a counter electrode 8 are provided to face each other, and the capacitance of the detection electrode 7 with respect to the counter electrode 8 is determined.

第2に、電極が小さくては静電容量変化が小さい場合、
或いは局所的であっては気泡の捕捉が困難な場合は、第
3図に示すように、検出電極7aと対向電極8aを絶縁
シート6aを介して巻いて設け、検出電極7aと対向電
極8aとの間の静電容量を検出すればよい。しかし、こ
の場合は、対向電極8aをガード電極として用い、検出
電極7aとパイプ1との間の静電容量を検出するほうが
得られる結果がほとんど同一であり、且つ検出の一方が
アースされる利点があって好ましい。なお、ガード電極
は、検出電極7aと同電位にし、検出電極7aとガード
電極側のパイプ壁との間に流れる電流を遮断することに
よって、検出個所を1箇所に限定する目的で取付けられ
るもので、必ずしも必要とするものではなく、省略する
こともある。
Second, if the electrode is small and the capacitance change is small,
Alternatively, if it is difficult to capture bubbles locally, as shown in FIG. It is sufficient to detect the capacitance between. However, in this case, using the counter electrode 8a as a guard electrode and detecting the capacitance between the detection electrode 7a and the pipe 1 yields almost the same results, and has the advantage that one of the detection electrodes is grounded. It is preferable that there is. Note that the guard electrode is installed for the purpose of limiting the detection location to one location by making it the same potential as the detection electrode 7a and blocking the current flowing between the detection electrode 7a and the pipe wall on the guard electrode side. , is not necessarily required and may be omitted.

第3に、広範囲の静電容量を検出するためのもので、気
泡の形状が大きい場合か又は逆に細かい気泡の集合の脈
動を検出する必要がある場合は、第4図に示すように、
パイプ1に絶縁シート6bを巻き、この絶縁シート6b
上にパイプ1の長手方向に所定間隔を設けて検出電極7
bと対向電極81)とを固定し、検出電極7bと対向電
極8b間の静電容量を測定する。なお、特に厳密さが要
求されない場合は、パイプ1と対向電極8bとを短絡し
、検出電極71〕とパイプ1との間の静電容量を測定す
るようにしてもよい。
Thirdly, if the capacitance is to be detected over a wide range, and the shape of the bubble is large, or if it is necessary to detect the pulsation of a collection of fine bubbles, as shown in Fig. 4,
An insulating sheet 6b is wrapped around the pipe 1, and this insulating sheet 6b
Detection electrodes 7 are arranged on the pipe 1 at predetermined intervals in the longitudinal direction.
b and the counter electrode 81) are fixed, and the capacitance between the detection electrode 7b and the counter electrode 8b is measured. Note that, if particular precision is not required, the capacitance between the pipe 1 and the detection electrode 71 may be measured by short-circuiting the pipe 1 and the counter electrode 8b.

なお、」−述の静電容量検出電極において、絶縁物を介
して対向する部分を除いた空間がすべて空気であるとき
の静電容量をCOとする表、パイプ1内が検出体によっ
て充満された場合の静電容量C8は、検出体の比誘電率
がεであれば、C1−εCO となり、比誘電率εは必ず]より大きいから静電容量C
5は静電容量より大きい。ところで、静電容量検出電極
が存在するところを気泡が通過すると、気泡の比誘電率
は1であるから、定量性を示す数式を示すことは容易で
ないが、静電容量が減少し、気泡の通過を検出できる。
In addition, in the capacitance detection electrode mentioned above, the table shows that the capacitance is CO when all the space except the part facing each other via an insulator is air, and the inside of the pipe 1 is filled with the detection object. If the relative permittivity of the object to be detected is ε, then the capacitance C8 becomes C1-εCO, and since the relative permittivity ε is always larger than ], the capacitance C8 is
5 is larger than the capacitance. By the way, when a bubble passes through a place where a capacitance detection electrode exists, the relative dielectric constant of the bubble is 1, so it is not easy to provide a quantitative formula, but the capacitance decreases and the bubble's dielectric constant is 1. Passage can be detected.

なお、ここで必要なことは、気泡の定量検出ではなく、
気泡の通過を検出することであるから、以」二の検出で
十分である。
Note that what is needed here is not quantitative detection of bubbles, but
Since the purpose is to detect the passage of air bubbles, the following two detections are sufficient.

また、パイプ1内が検出体によって充満されていない場
合は、流量測定のために流速の外に検出物の通過量の検
出が問題になるが第4図に示す第3の静電容量検出電極
によって通過断面積を検出することができる。まず、第
5図に示すように、距離cl ii、iljれた平行電
極9,9内に、比誘電率がεで厚さaの物体が挿入され
ているときの単位面積当りの静電容量をC2とし、平行
電極9,9間がすべて空気であるときの単位面積当りの
静電容量をCとすれば、静電容量C2とCには、 εd C2−a−+g (d−a ) 0 の関係が成り立ち、静電容@C2は厚さ1に対し増加関
数となる。
In addition, if the inside of the pipe 1 is not filled with the object to be detected, there is a problem in detecting the amount of the object passing through in addition to the flow rate for flow rate measurement. The passage cross section can be detected by First, as shown in Fig. 5, the capacitance per unit area is calculated when an object with a dielectric constant of ε and a thickness of a is inserted into the parallel electrodes 9, 9 separated by a distance cl ii, ilj. If C2 is the capacitance per unit area when the space between the parallel electrodes 9 and 9 is all air, then the capacitances C2 and C are as follows: εd C2-a-+g (d-a) 0 holds true, and the capacitance @C2 becomes an increasing function with respect to the thickness 1.

静電容量検出電極が第4図に示すような形状となり、検
出物の占める断面の形状が複雑となれば、厳密な数式化
は困難となるが、流体がパイプ1内の左右に偏らない限
り、検出物の形状や位置に無関係に、量に対しある関数
関係が成り立つことが推測される。実際、実験的に第4
図に示す静電容量検出電極を用いて静電容量を測定する
と、検出物の用:に対し再現性のある関数が得られ、得
られた静電容計値から検出物の量に対応する値を得るこ
とは関数発生器又はその関数を予め記憶させたメモリ等
を使用することによって可能となる。この第5図に示す
静電容量検出電極を使用することによって、パイプ1内
を通過する検出体の断面積が測定できるから、この断面
積と流速とによって容易に流量を求められるので、流用
針としても利用でき、気泡の検出に静電容量検出の方法
を採用する利点がここにある。
If the capacitance detection electrode has a shape as shown in Figure 4 and the cross-sectional shape of the object to be detected becomes complicated, it will be difficult to formulate a precise mathematical formula, but as long as the fluid is not biased to the left or right in the pipe 1. It is assumed that a certain functional relationship holds true for the quantity, regardless of the shape or position of the detected object. In fact, experimentally the fourth
When capacitance is measured using the capacitance detection electrode shown in the figure, a reproducible function is obtained for the amount of the detected object, and the value corresponding to the amount of the detected object is obtained from the obtained capacitance meter value. This can be achieved by using a function generator or a memory in which the function is stored in advance. By using the capacitance detection electrode shown in Fig. 5, the cross-sectional area of the object passing through the pipe 1 can be measured, and the flow rate can be easily determined from this cross-sectional area and the flow velocity. This is the advantage of using capacitance detection to detect bubbles.

次に、気泡注入器2と静電容量検出電極3等を用いて検
出物の流速を測定できることを示す。
Next, it will be shown that the flow rate of the object to be detected can be measured using the bubble injector 2, the capacitance detection electrode 3, and the like.

第1の方式は、気泡が2点間を通過する時間を直接計測
して伝播速度を算出するものである。これは、気泡注入
器2によって一つの気泡が距離L1を通過する時間より
も長い周期で気泡をパイプ1に注入する。従って、気泡
の注入時間をr1、この気泡を静電容量検出電極3で検
出した時間をr2とすれば、気泡が注入されてから距離
り、を通過する時間rはr = ’r2− ’r、  
となるから、気泡の伝搬速度Vは り。
The first method calculates the propagation velocity by directly measuring the time it takes for the bubble to pass between two points. This means that the bubble injector 2 injects bubbles into the pipe 1 at a period longer than the time it takes for one bubble to pass the distance L1. Therefore, if the bubble injection time is r1, and the time when the bubble is detected by the capacitance detection electrode 3 is r2, then the time r for the bubble to travel after being injected is r = 'r2-'r. ,
Therefore, the propagation speed of the bubble is V.

V=  □ として求められる。パイプ1が水平に設置されておれば
、気泡の伝搬速度Vと検出物の流速とけ等しいから、検
出物の流速はVとなる。なお、この測定においては、気
泡の注入間隔は通過時間fよりも大きくする必要がある
。というのは、静電容量検出電極3で検出した気泡がそ
の直前に注入された気泡であることを確認できないから
である。
It is obtained as V= □. If the pipe 1 is installed horizontally, the propagation velocity V of the bubbles and the flow velocity of the object to be detected are equal, so the flow velocity of the object to be detected is V. In addition, in this measurement, the bubble injection interval needs to be longer than the passage time f. This is because it cannot be confirmed that the bubble detected by the capacitance detection electrode 3 is the bubble injected immediately before.

従って、流速の予想される変動を考慮して、最も遅い場
合より大きい値に注入間隔を設定することになるが、そ
れでは、−回の計測を得る時間が長くなり、急激な流速
の変動に対応できず、且つ誤計測の危険性も増加する。
Therefore, taking into account expected fluctuations in flow rate, the injection interval would be set to a value larger than the slowest case, but this would take longer to obtain − measurements and accommodate rapid fluctuations in flow rate. In addition, the risk of erroneous measurements increases.

上記欠点を解消するために、得られた計測結果から気泡
注入間隔を制御するものがある。即ち、流速が速ければ
注入間隔を短かくし、遅ければ長くして注入間隔が測定
時間゛rよりも大きい値となるように制御することによ
り、計測の応答速度と精度が改善される。これを達成す
る簡便且つ確実な手段は、気泡を静電容量検出電極3に
よって検出した瞬間に気泡注入器2を作動させ、気泡を
パイプ1に注入するもので、これは気泡注入間隔が測定
時間となることより流速演算器5が極めて簡便となると
いう利点を有する。しかし、この計測において、一旦誤
検出を行なうと、誤った結果に基づいて気泡注入間隔が
制御されることになり、誤計測の危険性があるから、何
らかの誤検出した際の補償器を設ける必要がある。
In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, there are methods that control the bubble injection interval based on the obtained measurement results. That is, the response speed and accuracy of measurement are improved by controlling the injection interval to be a value greater than the measurement time r by shortening the injection interval when the flow rate is high and increasing it when the flow rate is slow. A simple and reliable means to achieve this is to activate the bubble injector 2 at the moment when a bubble is detected by the capacitance detection electrode 3, and inject the bubble into the pipe 1. This has the advantage that the flow velocity calculator 5 is extremely simple. However, in this measurement, once a false detection is made, the bubble injection interval will be controlled based on the false result, and there is a risk of false measurement, so it is necessary to provide a compensator in case of any false detection. There is.

従って、より誤計測の危険性を少なくするために、ある
時間に注入された気泡とその前後に注入された気泡とを
識別できるようにするものである。
Therefore, in order to further reduce the risk of erroneous measurements, it is possible to distinguish between bubbles injected at a certain time and bubbles injected before and after that time.

例えば、順次注入される気泡の大きさを変えるか、連続
して複数個注入できるようにしておき、その注入個数を
変えるものである。これを十分な回数だけ続けて再び元
に復帰することを繰り返せば、変換器4又は流速演算器
5にその識別手段を設けておき、同一の気泡の通過時間
を計測することによって誤計測の危険はなくなる。
For example, the size of bubbles that are sequentially injected may be changed, or a plurality of bubbles may be injected in succession, and the number of bubbles injected may be changed. If this is repeated a sufficient number of times to return to the original state, the converter 4 or the flow rate calculator 5 is equipped with a means for identifying it, and the passage time of the same bubble can be measured to avoid erroneous measurements. will disappear.

なお、以上の流速測定は、気泡注入器2からの注入時間
を特定できることを前提としたが、これができない場合
であっても流速の計測は可能である。
Note that the above flow rate measurement was performed on the premise that the injection time from the bubble injector 2 could be specified, but even if this is not possible, the flow rate can be measured.

第2の方式は、第1の方式よりも応答速度を速くするこ
とによって、非常に流速の遅い場合であっても計測でき
るようにしたものである。この方式は、気泡の2点間の
伝播速度を直接計測するのではなく、気泡の注入間隔ま
たは単位時間当りの注入回数に適当な変調を匂え、静電
容量検出電極からの気泡通過信号から、この変調信号を
復調し、変調信号と復調信号との関係より、気泡の2点
間の伝搬時間を間接的に計測するものである。
The second method has a faster response speed than the first method, making it possible to measure even when the flow velocity is very slow. This method does not directly measure the propagation speed of a bubble between two points, but rather modulates the bubble injection interval or the number of injections per unit time, and calculates the bubble passing signal from the capacitance detection electrode by appropriately modulating the bubble injection interval or the number of injections per unit time. This modulation signal is demodulated, and the propagation time between two points of the bubble is indirectly measured from the relationship between the modulation signal and the demodulation signal.

第2方式の一例は、単位時間の注入回数「に一定の割合
△「で時間に比例して増加させ、流速に対し十分に長い
時間後に元の注入回数r。に減少復帰さぜ、これを繰り
返すのこぎり波状の周波数変調をりえるものである。増
加している区間においては、単位時間の注入回数「。で
あった時から時間【が経過したときの注入回数fは f = fo+△[・t で表わされる。一方、静電容量検出電極を通過する気泡
の検出信号から、単位時間の通過回数を復調すると、こ
れは気泡か注入点から検出点まで伝搬するのに要する時
間E′だけ遅れるから、同時間における単位時間の通過
回数f′は、第6図に示すように、 f′=fo+△「・(t−t’) となる。従って、変調信号と復調信号との差をとると、 f−「′−△f−t’ f−f’ t′=□ △「 となって、値△f は一定であるから、伝播時間1′が
求まり、′第1の方式と同様に い−」L E′ の式より、気泡の伝播速度Vが求まり、パイプ1が水平
ならば、これが流速となる。
An example of the second method is to increase the number of injections per unit time at a constant rate △ in proportion to time, and after a sufficiently long time relative to the flow rate, decrease and return to the original number of injections r. It produces repeating sawtooth frequency modulation.In the increasing section, the number of injections per unit time is ``.When time [ has elapsed, the number of injections f is f = fo + △[・On the other hand, when the number of passages per unit time is demodulated from the detection signal of a bubble passing through the capacitance detection electrode, it is delayed by the time E' required for the bubble to propagate from the injection point to the detection point. Therefore, the number of passes f' per unit time in the same time becomes f' = fo + △ "・(t-t'), as shown in Figure 6. Therefore, the difference between the modulated signal and the demodulated signal is taken. Then, f-"'-△f-t'f-f't'=□△" Since the value △f is constant, the propagation time 1' can be found, and 'Similar to the first method, The bubble propagation velocity V is determined from the equation LE', and if the pipe 1 is horizontal, this becomes the flow velocity.

なお、注入回数f。に復帰する境界付近では変調信号と
復調信号の差f −f’の出力信号は乱れるが乱れる範
囲では差f −f’は負の値になるから、正の値を示す
範囲の値だけを採用すれば、△f・E′という流速に比
例した一定の値を示すことになる。
Note that the number of injections is f. The output signal of the difference f - f' between the modulated signal and the demodulated signal is disturbed near the boundary where it returns to Then, it will show a constant value of △f·E' which is proportional to the flow velocity.

また、注入回数F。に復帰する繰り返し間隔は、伝播時
間L′よりも十分長い必要があるから、第1の方式と同
様に、得られた流速から気泡注入の繰り返し周波数、注
入回数「。、変値△fをフィードバック制御することに
より精度を向上させてもよい。
Also, the number of injections F. The repetition interval for returning to ``.'' must be sufficiently longer than the propagation time L', so similarly to the first method, the repetition frequency of bubble injection, the number of injections ``.'', and the variable value △f are fed back from the obtained flow velocity. Accuracy may be improved by controlling.

次に、第2の方式の他側を示す。これは、単位時間の注
入回数1に正弦波状の周波数変調を加えるもので、正弦
波変調信号Sを 5=sin  ω・[ とすると、変調された気泡の単位時間の注入回数「は f =[o+△f−sinω・[ となる。静電容量検出電極によって検出される気泡の単
位時間の通過日数f′は、前例と同じく時間E′だけ遅
れるから、 f’==fo+△f−sinω−(t−t’)となり、
これから正弦波信号を復調すると、復調信号S′は S’=sinω・(t−t’) となる。2つの信号s、s’との関係から時間t′を求
めることは、2つが同一周波数の正弦波であることより
、ディジタル的又はアナログ的な遅延測定や位相測定手
段によって容易に求めることができるから、流速Vを測
定できる。
Next, the other side of the second method will be shown. This adds sinusoidal frequency modulation to the number of injections per unit time (1).If the sinusoidal modulation signal S is 5=sin ω・[, then the number of injections of modulated bubbles per unit time is f=[ o+△f-sinω・[ Since the number of days f' in which a bubble passes per unit time detected by the capacitance detection electrode is delayed by the time E' as in the previous example, f'==fo+△f-sinω- (t-t'),
When the sine wave signal is demodulated from this, the demodulated signal S' becomes S'=sinω·(t-t'). The time t' can be easily determined from the relationship between the two signals s and s' using digital or analog delay measurement or phase measurement means since the two signals are sine waves of the same frequency. From this, the flow velocity V can be measured.

以上は、のこぎり波、正弦波信号によって、単位時間の
注入回数に変調を与える周波数変調であるが、第7図に
示すように、一定間隔で注入される基準の気泡に加えて
、注入時間の位相Pに同様な変調を与えた気泡を付加す
る位相変調など、変調方式にはさまざまな方式が適用で
き、変調信号にも精度を向上させる上で、さまざまの波
形を考えることができる。
The above is a frequency modulation that modulates the number of injections per unit time using sawtooth and sine wave signals, but as shown in Figure 7, in addition to the standard bubbles injected at regular intervals, Various modulation methods can be applied, such as phase modulation in which a bubble is added with similar modulation to the phase P, and various waveforms can be considered for improving the accuracy of the modulated signal.

第3の方式は、検出物に気泡が混入していて、第1.第
2の方式では注入気泡と、混入気泡との識別が不可能で
、誤計測の恐れがあったり、パイプの設置状況や、検出
物の性質から任意の時間に単一の気泡を思い通り注入で
きない場合に採用するものである。この方式は、第1.
第2の方式と逆に全く不規則な気泡を注入するもので、
規則的な周期性があっては却って測定が困離となるので
、必要ならば、注入後に気泡が不規則に拡散させる攪拌
装置を設けてもよい。この攪拌装置は粘性のある検出物
に対して有効となるよう静止型のものが望ましい。
In the third method, air bubbles are mixed in the detection object, and the first method. In the second method, it is impossible to distinguish between injected bubbles and mixed bubbles, leading to the risk of erroneous measurements, and it is not possible to inject a single bubble at any time as desired due to the pipe installation situation and the nature of the detected object. This will be adopted in certain cases. This method is based on the first method.
This is the opposite of the second method, injecting completely irregular bubbles.
If there is regular periodicity, measurement becomes difficult, so if necessary, a stirring device may be provided to disperse bubbles irregularly after injection. This stirring device is preferably of a stationary type so that it is effective for viscous substances to be detected.

この第3の方式は、第1−図の測定装置では測定不能で
あるので、第8図に示すように、パイプ1には気泡i”
I大器2の後方(下流)に第1.第2静電芥量検出電極
10.11が所定距離L2離反して設けられ、各電極1
0.11が静電容量を電気信号に変換する変換器12に
接続され、この変換器12か流速演算器13に接続され
ている。なお、電極io、iiは複数個あっても、変換
器は必ず[、も複数個必要とせず、複数の電極を単一の
変換器で切換えながら測定すれば、複数箇所の静電界M
を検出できる。高速の切換器とそれに応じたアナ1フグ
又はディジタルのメモリを組み合せることにより、流速
測定システムとしては十分な多点測定か行なえる。また
、」−記静電容量検出電極11は気泡を検出して擬似的
に気泡を注入したことを示す注入信号を発する。
This third method cannot be measured with the measuring device shown in FIG. 1, so as shown in FIG.
The first one is located behind (downstream) of the I-large vessel 2. The second electrostatic waste amount detection electrodes 10.11 are provided at a predetermined distance L2 apart, and each electrode 1
0.11 is connected to a converter 12 that converts capacitance into an electric signal, and this converter 12 is connected to a flow velocity calculator 13. Note that even if there are multiple electrodes io and ii, there is no need for multiple converters; if you measure while switching multiple electrodes with a single converter, the electrostatic field M
can be detected. By combining a high-speed switch and a corresponding analogue blowfish or digital memory, it is possible to perform multi-point measurements sufficient for a flow velocity measurement system. Further, the capacitance detection electrode 11 detects air bubbles and emits an injection signal indicating that air bubbles have been artificially injected.

−1−記第1.第2静電容量検出電極10.11によっ
て検出される静電容量をそれぞれC3+ ”4 とする
と、静電容量C3,C4は時間と共に不規則に変動する
が、それらの波形は、第9図(a)に示すように、気泡
が両電極10.11を伝搬する時間E′ の間隔を8い
て相似しているからC4(L)# C3(L−L’ ) となる。ここで、静電界…C3とC4の相関φをとるで
あり、これはτ−【′のときに第9図(1))に示すよ
うなピー□り点を有する。従って、このピーク点は、予
想される流速に応じた適当なτの範囲について相関φを
求め、これを微分すると微分値が零となるときのτの値
として求められる。
-1- Section 1. Assuming that the capacitances detected by the second capacitance detection electrodes 10 and 11 are respectively C3+''4, the capacitances C3 and C4 fluctuate irregularly with time, but their waveforms are as shown in FIG. As shown in a), the time E' for the bubbles to propagate through both electrodes 10 and 11 is similar by 8, so C4(L)#C3(LL').Here, the electrostatic field ...The correlation φ between C3 and C4 is taken, and this has a peak point as shown in Figure 9 (1) when τ-['.Therefore, this peak point is the expected flow rate. The correlation φ is obtained for an appropriate range of τ corresponding to the value of τ, and when this is differentiated, the value of τ when the differential value becomes zero is obtained.

このようにして、時間(′が求められれば、気泡の伝搬
速度Vは 2 E′ となり、パイプが水平であれば、この値が流速となる。
In this way, if the time (') is determined, the propagation velocity V of the bubble becomes 2 E', and if the pipe is horizontal, this value becomes the flow velocity.

なお、以」二の演算処理は静電容量C3,C4をディジ
タル変換し、ディジタル計算器を使用して行なうことが
できるし、また、アナログ的にも行なうことができる。
The second calculation process can be performed using a digital calculator by converting the capacitances C3 and C4 into digital values, or can be performed in an analog manner.

アナログ的な流量測定の演算システムを第10図に基づ
いて説明すると、計測した静電界[WC+(t)を進ま
せるのと、静電容量C31t)を遅らせるのは同一結果
となるから、静電容量C4(1)をアナログ遅延回路1
5によって時間τだけ遅延され、時間[はクロック発生
器16の発振周波数「に反比例して制御される。遅延回
路15を通過した信号C3(c−c)と静電容量C<(
t )とが乗算器17によって乗算された後、積分器1
Bにより十分な期間rについて積分され、相関φ−+5
TC3(t−t)・C,、(t)、dt  が出力され
る。この出力を周波数fを変化させながら微分器19を
通じて時間τについて微分すると、微分出力が零となる
瞬間の時間τか求める時間L′であるから、この時間τ
を周波数fによって間接的に測定する。即ち、微分出力
が零となる瞬間の周波数f。から周期を表わすので、周
期を求めることにより直接求めることができる。
Explaining the calculation system for analog flow rate measurement based on Fig. 10, advancing the measured electrostatic field [WC+(t) and delaying the capacitance C31t) have the same result, so the electrostatic Capacitor C4 (1) is connected to analog delay circuit 1
5 is delayed by a time τ, and the time [ is controlled in inverse proportion to the oscillation frequency of the clock generator 16.
t ) is multiplied by the multiplier 17, and then the integrator 1
B is integrated over a sufficient period r, and the correlation φ−+5
TC3(t-t)·C,,(t),dt is output. When this output is differentiated with respect to time τ through the differentiator 19 while changing the frequency f, the time τ at which the differential output becomes zero is the sought time L', so this time τ
is measured indirectly by the frequency f. That is, the frequency f at the moment when the differential output becomes zero. Since it represents the period, it can be directly determined by calculating the period.

なお、ここで、時間τを大幅に変化させながら微分値を
求めることは、計1111j時間が延び流速変化に対す
る応答速度が遅くなる欠点を持つことになるから、微分
値が零となる時間τの近傍で変化するよう、クロック発
生器16をフィードバック制御することが望ましい。ま
た、得られた流速値から気泡の不規則変動の分布周波数
が適正な範囲きなるよう、気泡注入器2へ−もフィード
バック制御することが望ましい。
Note that determining the differential value while greatly changing the time τ has the disadvantage that the total time will be extended by 1111j and the response speed to changes in flow velocity will be slow. It is desirable to feedback control the clock generator 16 so that it varies in the vicinity. Further, it is desirable to perform feedback control on the bubble injector 2 so that the distribution frequency of irregular fluctuations of bubbles varies within an appropriate range from the obtained flow rate value.

以上の実施例において、第8図に示す実施例は第1.第
2の方式を利用しても流速を測定することができる。
In the above embodiments, the embodiment shown in FIG. The flow velocity can also be measured using the second method.

この発明は、以上のとおり、三つの方式等のいずれかの
演算を選択することにより、気泡注入器と静電容量検出
電極と流速演算器等とを組み合わせた装置で、液体、特
に低速でパイプ内を流れる粘性のある液体や泥状の物体
の液体を測定することが可能となる。また、流体がパイ
プ内を充満していない場合は、パイプに絶縁シートを巻
き、この絶縁シート上にパイプの長手方向に所定間隔を
設けて検出電極と対極電極とを固定することによって、
パイプ内を流れる際の検出体の断面積を求めることかで
きるから、流速のみでなく流量も極めて容易に測定でき
るという利点がある。
As described above, this invention is a device that combines a bubble injector, a capacitance detection electrode, a flow velocity calculator, etc. by selecting one of the three calculation methods, and is capable of handling liquids, especially at low speeds, in pipes. It becomes possible to measure viscous liquids or muddy liquids flowing inside. If the pipe is not filled with fluid, an insulating sheet is wrapped around the pipe, and a detection electrode and a counter electrode are fixed on the insulating sheet at a predetermined distance in the longitudinal direction of the pipe.
Since it is possible to determine the cross-sectional area of the object to be detected as it flows through the pipe, there is an advantage that not only the flow velocity but also the flow rate can be measured extremely easily.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一例を示すブロック図、第2〜第4
図は静電容量検出電極の一例を示す斜視図、第5図は平
行電極を示す正面図、第6図は第1の方式の一例を説明
する波形図、第7図は第2方式の一例を説明する波形図
、第8図はこの発明の他側を示すブロック図、第9図(
a)、(+3)は第3の方式の一例を説明する波形図、
第10図は第3の方式を行うための演算システムの一例
を示す回路図である。 1・・・パイプ、2・・・気泡注入器、3,10.11
・・・静電容量検出電極、4,12・・・変換器、5,
13・・・流速演算器、6,6a、6b・・・絶縁シー
ト、7゜7a、7b・・・検出電極、s、sa、sb・
・・対向電極、9・・・平行電極、 N 恍 ヒ 第6図 第9図(b) 第10図 第8図
FIG. 1 is a block diagram showing an example of this invention, and FIG.
The figure is a perspective view showing an example of a capacitance detection electrode, Fig. 5 is a front view showing parallel electrodes, Fig. 6 is a waveform diagram explaining an example of the first method, and Fig. 7 is an example of the second method. FIG. 8 is a block diagram showing the other side of the invention, and FIG.
a), (+3) are waveform diagrams illustrating an example of the third method,
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of an arithmetic system for performing the third method. 1...Pipe, 2...Bubble injector, 3,10.11
... Capacitance detection electrode, 4, 12 ... Converter, 5,
13... Flow rate calculator, 6, 6a, 6b... Insulating sheet, 7° 7a, 7b... Detection electrode, s, sa, sb.
...Counter electrode, 9...Parallel electrode, N Figure 6 Figure 9 (b) Figure 10 Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)パイプ内へ気泡を注入する気泡注入器と、気泡を
検出するために気泡注入器の後方のパイプに設けられる
第1静電容量検出電極と、静電容量を電気信号に変換す
る変換器と、気泡注入器から注入された気泡が静電容量
検出電極を通過するまでの伝搬時間を求めることによっ
て気泡の伝搬速度を算出する流速演算器とからなる流速
検出器。 (2)上記気泡注入器は、気泡注入器とこの気泡注入器
からの気泡を検出する第2静電容滑検出器からなり、第
2静電容量検出器を通過した際に注入信号を発すること
を特徴とする特許請求の搬囲第1項記載の流速検出装置
。 f3)  J−記静電容量検出電極は、パイプの一部に
測定した絶縁シート上に検出電極と対向電極とを設けた
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項また
は第2項記載の流速検出装置。 (4)上記静電容量検出電極は、所定間隔設けた検出電
極と対向電極とを絶縁シートを介して巻設したものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
記載の流速検出装置。 (5)  上記静電容量検出電極は、パイプ上に巻いた
絶縁シート上に、パイプの長手方向に所定間隔を設けて
検出電極上対向電極とを設けたものであること・を特徴
とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の流速検
出装置。
[Claims] (1) A bubble injector for injecting bubbles into a pipe; a first capacitance detection electrode provided on the pipe behind the bubble injector for detecting bubbles; A flow velocity detector consisting of a converter that converts into an electrical signal, and a flow velocity calculator that calculates the propagation velocity of the bubbles by determining the propagation time for the bubbles injected from the bubble injector to pass through the capacitance detection electrode. . (2) The bubble injector is composed of a bubble injector and a second capacitive slip detector for detecting bubbles from the bubble injector, and emits an injection signal when the bubbles pass through the second capacitance detector. A flow velocity detection device according to claim 1, characterized in that: f3) J- The capacitance detection electrode is characterized in that a detection electrode and a counter electrode are provided on an insulating sheet measured on a part of a pipe. Flow rate detection device described in Section 1. (4) The capacitance detection electrode is characterized in that the detection electrode and the counter electrode are wound at a predetermined distance with an insulating sheet interposed therebetween. flow velocity detection device. (5) The above-mentioned capacitance detection electrode is a patent characterized in that the detection electrode and the opposing electrode are provided on an insulating sheet wrapped around the pipe at a predetermined interval in the longitudinal direction of the pipe. A flow rate detection device according to claim 1 or 2.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4313682A1 (en) * 1993-04-22 1994-10-27 Wolfgang Dipl Ing Frey Method for the visual determination and measurement of the discharge of liquids flowing slowly and with a free level, using air bubbles as measuring medium, and an arrangement for carrying out the method
DE102013113904A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Pfeiffer Vacuum Gmbh pump

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4313682A1 (en) * 1993-04-22 1994-10-27 Wolfgang Dipl Ing Frey Method for the visual determination and measurement of the discharge of liquids flowing slowly and with a free level, using air bubbles as measuring medium, and an arrangement for carrying out the method
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