JPS5951345A - 流動液体中に連行される混入気体の検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ドツプラー効果を利用することによって、配
管中などを流動している液体中に混入した気体を管外か
ら検知する装置に関する。

配管中などを流動している液体中に混入した気体を検出
する必要性が工業的分野においてしばしば生じている。

従来、液中混入気体を検知する場合には第１図に示すよ
うな透視ガラスを通して液体中の混入気体を目視するフ
ラッパ一式サイトフロー１が用いられていた。サイトフ
ロー１は配管２の途中に、透明なガラス８を通して液体
を透視できる低流速の室４をもうけ、フラッパ５を押し
のけて流入する液体中の混入気体６が浮遊するのを人が
目視するものである。

このようなサイトフローは、人の視覚によって液中への
気体の混入を検知するものであるから、気体の混入を常
時監視し、異常時に直ちに処置を講する目的に使用する
ことはできない。

改善された方法として水平な油圧配管内の天端部におい
て滞留または緩やかに移動する空気層を管外から超音波
の反射波をオッシロスコープニ表示させて検出する技術
（特開昭５２−１１４８９５　）が知られているが、こ
の空気混入検出方法は、流動する気泡の検出はむつかし
く、また、探傷器などと同様に反射波をオッシロスコー
プの画面で検出するので臨時的な測定器であシ、常時監
視に用いるには適当でない。

また、特開昭５４−５６４９４には、導管壁に対向して
音響的に装着した１対の電気機械的変換器に自動ゲイン
調節回路を結合し、導管内の液体中に混入する泡など不
均質物によるゲインの変化を検出して泡類の混入を検知
する方法が開示されている。この装置は、導管内を充満
して流れる液体中に泡類が混入したときの導管両壁間の
音波の減衰を検出するものである。従って冷凍機等の冷
媒量不足に伴なう大量の蒸発蒸気の混入した２相流を検
出する場合等には適するが微量の混入気体を精度よく検
出することは難しい。

本発明は、上述のような従来の液体中混入気体検出装置
の欠点を解消した気体検出装置につき研究を重ねた結果
完成するに至ったものである。

本発明の目的とするところは、配管中などを流動してい
る液体中に混入した気体を管外から検知することであり
、流動している気体層の存在を常ることのできる装置を
提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため超音波を利用し、その
ドツプラー効果を利用することによって、従来実現する
ことのできなかった、流体と共に流動する小粒子の気体
層をも確実に検出し警報を出力することができるもので
ある。すなわち本発明は、流動する液体の流動方向と一
定の角度で交差する超音波を発受信するトランスデユー
サと、該発受信波の周波数差を測定する周波数検出器と
、該周波数を設定値と比較して信号を出力する警報装置
とからなることを特徴とする一流動液体中に連行される
混入気体の検知装置に係るものである。

第２図はドツプラー効果を説明する説明図である。１１
は導管、１２は超音波発受信トランスデユーサ、１８は
液体の流速のベクトル、１４は液体中の混入気体、１６
は超音波ビームの発受信方向である。

今、超音波発信周波数をｆＯ（Ｈｚ）、気体層から反射
した超音波の受信周波数をｆｔ（Ｈｚ）、静止液中の超
音波の速度をＣ（ｍ　／　ｓ　）　、気体層５の運動速
度（液体の流動速度とほぼ等しい）をＶ（ｍ／ｓ）、超
音波ビームと気体層５の運動方向とのなす角を０とし、
発受信周波数差をΔｆとすれば （８） ｖ部θはＣに比して小さいからＣ−■（２）θ中Ｃと見
做し得るので Δｆ＋に−Ｖ　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（１）となる、には発信周波数ｆ０．　　音速Ｃ９
角度θによって定まる定数である。

管内の液体中の気体層の速度Ｖは液体の流速とほぼ等し
い。導管内の流速は概略の値を予め知ることができる。

従って、上式（１）のΔｆの値は予め知ることができる
。

本発明は上記Δｆを設定器に設定し、周波数測定器の検
出した発受信波の周波数差と合致するか否かを検定し、
合致したとき信号を発する。

第８図、第４図はトランスデユーサを取シつけた導管の
縦断面および横断面図である。

（４）　　。

本発明のトランスデユーサ２１は発信クリスタル２２と
受信クリスタル２Ｂとを内蔵し、エポキ７樹脂等で被覆
したものである０発信クリスタルと受信クリスタルとは
第８図、第４図に例示するように、導管１１内の流体の
流れの方向に対して一定の角度で交差する超音波２４．
２５を発受信し、その発受信波の指向性交差領域２６内
の気体粒子を検出するように並設される。もちろん、発
受信クリスタルをそれぞれ別置することも可能であシ、
導管の相対向する壁面に液体の流れ方向に対して同一の
傾き角を付与して取９つけることも可能である。

発、受信クリスタルは、圧電を原理とする水晶変換素子
が機械的強度が強く、特性も安定しているので適当であ
る。

トランスデユーサ２１を導管等に取９つけるには、接着
材等によシ緊密に一様に密着させる。水平管など管内頂
部に気体層を発生するおそれのある導管にあっては、導
管の下部ないし側部にトランスデユーサをと９つける。

本発明品が、液体と共に移動する気体を検出するドツプ
ラー効果を原理とし、静止気体層を検知するものではな
く、マた気体層を貫通した受信波に対して作用するもの
ではないからである。

第５図は、本発明の全体構成を示す実施例の系統図、第
６図は、ブロック図である。第５図、第６図において８
１は周波数検出器、４１は警報装置を示す。周波数検出
器は、超音波発受信波の位相差を検波し送受信波の周波
数差を検出する。

この周波数差が、予め設定された周波数と一致したとき
、警報装置へ信号を出力する。

警報装置４１は、ブザー等のアラーム、電灯の点灯また
はフリッカ−などの外部表示装置を具える０周波数差を
表示する計器を取９つけることも任意である。

また、周波数検出器８１と警報装置を一体化することや
、警報または表示部を遠隔設置することもできる。

本発明の液体中の混入気体検出装置は、ドツプラー流量
計を転用利用した一実施例では、使用配管径２５躇〜２
，０００１１の鋼管、ステンレス管、塩ビ管等の均質材
質の管に用いることができ、例えば鋼管では肉厚８８語
以下であればよい。

また、測定可能空気粒の大きさは１００μｍ以上の直径
があればよく、混入量は、液中体積率で７５　ｐｐｍ以
上あれば検知することができ、液体の流動速度０１５〜
１６ｍ／秒の範囲に適用可能である。

本発明の流動液体中の混入気体の検出装置は、流動液体
中に混入した気体を管外から常時監視することができ、
微量の混入気体を流動状態において確実に検知し警報を
発するので異常状態を速やかに発見し適切な処置をとる
ことができ、工業上貢献するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイトフローの側面図、第２図はドツプラー効
果を説明する説明図、第８図、第４図は本発明の実施例
のトランスデユーサを取シつけた導管の縦断面図および
横断面図、第５図、第６図は本発明の実施例の系統図お
よびブロック図であ（７） る０ １・・・サイトフロー　　２・・・配管３・・・ガラス
　　　　　４・・・室 ５・・・フラッパ　　　　６・・・混入気体１１・・・
導管 １２・・・超音波発受信トランスデユーサ１３・・・流
速ベクトル　１４・・・混入気体２１・・・トランスデ
ユーサ ２２・・・発信クリスタル　　２３・・・受信クリスタ
ル２４、２５・・・超音波　　２６・・・指向性交差領
域３１・・・周波数検出器　４１・・・警報装置（９） （８） 第１図 第２図 第３図　　　　第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　流動する液体の流動方向と一定の角度で交差する超
   音波を発受信するトランスデユーサと、該発受信波の周
   波数差を測定する周波数検出器と、該周波数を設定値と
   比較して信号を出力する警報装置とからなることを特徴
   とする流動液体中に連行される混入気体の検知装置。