JPS60203819A - 液体流速測定装置 - Google Patents
液体流速測定装置Info
- Publication number
- JPS60203819A JPS60203819A JP59059587A JP5958784A JPS60203819A JP S60203819 A JPS60203819 A JP S60203819A JP 59059587 A JP59059587 A JP 59059587A JP 5958784 A JP5958784 A JP 5958784A JP S60203819 A JPS60203819 A JP S60203819A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- fluid
- transducers
- piezoelectric substrate
- sound waves
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は流路を流れる液体の流速測定に関し、更に詳細
にはすだれ状トランスデユーサを用いた超音波による液
体流速計に関する。
にはすだれ状トランスデユーサを用いた超音波による液
体流速計に関する。
（背景技術）
すだれ状トランスデユーサは弾性表面波技術の中で最も
重要なものとして幅広く用いられ、液体一固体境界面で
も効率よく動作し、液中への縦波音波の放射器又は受波
器として動作する。
重要なものとして幅広く用いられ、液体一固体境界面で
も効率よく動作し、液中への縦波音波の放射器又は受波
器として動作する。
（発明の目的）
本発明はこのような機能を有するすだれ状トランスデユ
ーサを用いた液体流速測定装置を提供することを目的と
し、その特徴は一表面が液体と接する如く設けられた圧
電基板と、前記表面上に設けられ液体の流れと同一方向
及び反対方向に音波を放射する放射用の２組のすだれ状
トランスデユーサと、前記表面上に設けられ前記２つの
音波をそれぞれ受取る受波用の２組のすだれ状トランス
デユーサと、前記２組の送波用及び受波用トランスデユ
ーサに出力及び入力が接続される２つの増幅器で発振器
を構成し、該２つの増幅器のそれぞれの発振周波数に基
づき液体の流速を測定する液体流速測定装置にある。
ーサを用いた液体流速測定装置を提供することを目的と
し、その特徴は一表面が液体と接する如く設けられた圧
電基板と、前記表面上に設けられ液体の流れと同一方向
及び反対方向に音波を放射する放射用の２組のすだれ状
トランスデユーサと、前記表面上に設けられ前記２つの
音波をそれぞれ受取る受波用の２組のすだれ状トランス
デユーサと、前記２組の送波用及び受波用トランスデユ
ーサに出力及び入力が接続される２つの増幅器で発振器
を構成し、該２つの増幅器のそれぞれの発振周波数に基
づき液体の流速を測定する液体流速測定装置にある。
（発明の構成及び作用）
第１図は本発明による液体流速測定装置の構成図である
。同図において、１０は液体の流れの方向を示す矢印、
１２は圧電性物質で形成された圧電基板である。１４．
１８．１８及び２０は圧電基板１２の同一表面上に設け
られたすだれ状トランスデユーサである。これらのすだ
れ状トランスデユーサは、圧電基板１２上に、アルミニ
ウム等の金属の真空蒸着等により付着されたくしの歯状
の電極指がインターディジタルに配列されたもの（すだ
れ状電極）である。これらのすだれ状電極は液体と接す
るように設けられている。２２及び２４は増幅器で、す
だれ状電極に図示の如く接続され、２つの液体遅延線発
振器を形成している。各発振器の液体中の音波の伝搬方
向は、図中２６及び２８で示される如く、〃いに逆とな
るようにされている。３０は反射面で、例えば液体流路
を構成する管状パイプの内壁部分である。３２及び３４
は出力端子で、それぞれの液体遅延線発振器の発振周波
数ｆ２及びｆｌを検出する。
。同図において、１０は液体の流れの方向を示す矢印、
１２は圧電性物質で形成された圧電基板である。１４．
１８．１８及び２０は圧電基板１２の同一表面上に設け
られたすだれ状トランスデユーサである。これらのすだ
れ状トランスデユーサは、圧電基板１２上に、アルミニ
ウム等の金属の真空蒸着等により付着されたくしの歯状
の電極指がインターディジタルに配列されたもの（すだ
れ状電極）である。これらのすだれ状電極は液体と接す
るように設けられている。２２及び２４は増幅器で、す
だれ状電極に図示の如く接続され、２つの液体遅延線発
振器を形成している。各発振器の液体中の音波の伝搬方
向は、図中２６及び２８で示される如く、〃いに逆とな
るようにされている。３０は反射面で、例えば液体流路
を構成する管状パイプの内壁部分である。３２及び３４
は出力端子で、それぞれの液体遅延線発振器の発振周波
数ｆ２及びｆｌを検出する。
次に、この構成において液体の流速を測定する原理につ
いて説明する。各液体遅延線発振器において、すだれ状
トランスデユーサ１４及び１８から放射された音波２６
及び２８は、圧電基板１２に対向する側に設けられた反
射面で反射され、すだれ状トランスデユーサ１６及び２
０に受取られ、電気信号に変換される。ここで、液体一
固体境界面からの放射角をθとすれば、 ０ ＝ ５ｉｎ−” （ＶＬ ／ Ｖ １５ ） −−
−（１）が成立する。ここで、ｖＬは液体中の音波（縦
波）の速度、Ｖ５は圧電基板１２上の漏えい弾性表面波
速度である。
いて説明する。各液体遅延線発振器において、すだれ状
トランスデユーサ１４及び１８から放射された音波２６
及び２８は、圧電基板１２に対向する側に設けられた反
射面で反射され、すだれ状トランスデユーサ１６及び２
０に受取られ、電気信号に変換される。ここで、液体一
固体境界面からの放射角をθとすれば、 ０ ＝ ５ｉｎ−” （ＶＬ ／ Ｖ １５ ） −−
−（１）が成立する。ここで、ｖＬは液体中の音波（縦
波）の速度、Ｖ５は圧電基板１２上の漏えい弾性表面波
速度である。
液体遅延線発振器は次の条件のもとに動作する。
２πｆＬ／ＶＬ＋φ、＝２ｎπ −−−（２）ここでｆ
は発振周波数、Ｌは液体中の音波の伝搬路長、φ、は電
気的位相シフト、及びｎは発振モードに関係する整数で
ある。更に、式（２）は次のとおり略すことができる。
は発振周波数、Ｌは液体中の音波の伝搬路長、φ、は電
気的位相シフト、及びｎは発振モードに関係する整数で
ある。更に、式（２）は次のとおり略すことができる。
ｆ ＝ ｎ Ｖ Ｌ ／ Ｌ −−−（３）ここで、２
つの液体遅延線発振器の２つの音波２６及び２８は、第
１図に示す如く液体の流れ方向１０と反対方向及び同一
方向に設定されている。従って、音波２８を有する液体
遅延線発振器の発振周波数ｆ１は、次のとおりである。
つの液体遅延線発振器の２つの音波２６及び２８は、第
１図に示す如く液体の流れ方向１０と反対方向及び同一
方向に設定されている。従って、音波２８を有する液体
遅延線発振器の発振周波数ｆ１は、次のとおりである。
ここでＶは液体速度、ｄｌはこの発振器における圧電基
板表面と反射面との間の距離、及びｎｌは発振周波数ｆ
１に対応するモード整数である。
板表面と反射面との間の距離、及びｎｌは発振周波数ｆ
１に対応するモード整数である。
同様にして、音波２Ｇを有する液体遅延線発振器の発振
周波数ｆ２は次のとおり表わされる。
周波数ｆ２は次のとおり表わされる。
ここでｄｌはこの発振器における圧電基板表面と反射面
との間の距離、及びｎ２は発振周波数ｆ２に対応するモ
ード整数である。
との間の距離、及びｎ２は発振周波数ｆ２に対応するモ
ード整数である。
今、２つの液体遅延線発振器のそれぞれの距離が等しい
ものとすれば、ＶＬ＞＞ Ｖ ｓｉｎθなので、ｎ＋＝
＝ｎ２なる関係式が成立する。従って、液体の流速Ｖは
２つの液体遅延発振器のそれぞれの発振周波数と圧電基
板１２上の漏えい弾性表面波速度Ｖ５とを得ることによ
り、次のとおりめられる。
ものとすれば、ＶＬ＞＞ Ｖ ｓｉｎθなので、ｎ＋＝
＝ｎ２なる関係式が成立する。従って、液体の流速Ｖは
２つの液体遅延発振器のそれぞれの発振周波数と圧電基
板１２上の漏えい弾性表面波速度Ｖ５とを得ることによ
り、次のとおりめられる。
＝ｖ、 Ｆ −−−（８）
次に、本発明の実験例について説明する。第２図は圧電
基板１２の一表面上に形成されたすだれ状電極の詳細な
構成を示す平面図である。基板材料はＴＤＫ株式会社製
造の圧電磁気９１Ａ材で、各部の寸法は長さＭ１＝７Ｏ
ｍｍ、幅Ｊ１２＝２０ｍｍ。
基板１２の一表面上に形成されたすだれ状電極の詳細な
構成を示す平面図である。基板材料はＴＤＫ株式会社製
造の圧電磁気９１Ａ材で、各部の寸法は長さＭ１＝７Ｏ
ｍｍ、幅Ｊ１２＝２０ｍｍ。
厚みｊＬ３＝５ｍｍで厚み方向に分極軸を有している。
すだれ状トランスデユーサ間の間隔Ｒａ＝１１３ｍｌ＋
であり、くしの歯状電極の重なり幅１ｃ、＝４ｍ腸であ
る。また、各すだれ状電極の周期長はＥｌｏｏ ｐ−Ｉ
Ｉで、対応する中心周波数は３．５０Ｍ出である。
であり、くしの歯状電極の重なり幅１ｃ、＝４ｍ腸であ
る。また、各すだれ状電極の周期長はＥｌｏｏ ｐ−Ｉ
Ｉで、対応する中心周波数は３．５０Ｍ出である。
第３図は管状パイプを流れる水の速度測定装置を示すブ
ロック図である。２つの液体遅延線発振器のそれぞれの
発振周波数は周波数カウンタで測定され、マイクロコン
ピュータで演算処理される。第４図は測定装置の回路図
で、この回路は２つの液体遅延線り、Ｌ、１及び０．１
．．２を有する２つの液体遅延線発振器と、２つの発振
周波数を測定する瞬間を制御するためのインターフェー
ス部とを有する。典型的な発振スペクトル応答特性を第
５図に示す。この特性は１８．５℃の静止状態の水にお
けるものである。更に、本実験ではＶｓ＝ ２１０ｈ＋
／ｓ 、 ｄ １ ＝ ８．８ ａｍ及びｄ２ ｇ ８
．３ ａｍであった・ 第６図はこのような条件下における水の流速■と周波数
Ｆとの関係を示す実験により得られたグラフである。こ
こで、液体速度の値は電磁流量計（山風−ハネウエル：
ＭａｇｎｅＷ−Ｍ型）を用いて得られたものである。こ
のグラフから、実験的な周波数Ｆ−速速度間関係次の関
係式により与えられる。
ロック図である。２つの液体遅延線発振器のそれぞれの
発振周波数は周波数カウンタで測定され、マイクロコン
ピュータで演算処理される。第４図は測定装置の回路図
で、この回路は２つの液体遅延線り、Ｌ、１及び０．１
．．２を有する２つの液体遅延線発振器と、２つの発振
周波数を測定する瞬間を制御するためのインターフェー
ス部とを有する。典型的な発振スペクトル応答特性を第
５図に示す。この特性は１８．５℃の静止状態の水にお
けるものである。更に、本実験ではＶｓ＝ ２１０ｈ＋
／ｓ 、 ｄ １ ＝ ８．８ ａｍ及びｄ２ ｇ ８
．３ ａｍであった・ 第６図はこのような条件下における水の流速■と周波数
Ｆとの関係を示す実験により得られたグラフである。こ
こで、液体速度の値は電磁流量計（山風−ハネウエル：
ＭａｇｎｅＷ−Ｍ型）を用いて得られたものである。こ
のグラフから、実験的な周波数Ｆ−速速度間関係次の関
係式により与えられる。
Ｖ＝ ｋＶ、Ｆ
＝ １．３５Ｖ Ｇ Ｆ −−−（７）ここで、ｋは補
正係数である。この場合、電磁流量計で測定された水の
速度は円形断面領域における平均値である。
正係数である。この場合、電磁流量計で測定された水の
速度は円形断面領域における平均値である。
以上１本発明を一実施例及び実験例に基づいて説明した
。本発明の他の実施例として、圧電基板を伝搬する波を
ラム波とすれば、すだれ状トランスデユーサを液体と直
接接触させる必要がなく、機械的及び化学的保護の必要
がない。また、発振周波数を直接測定するのではなく、
電圧に変換して液体の速度との関係をめてもよい。
。本発明の他の実施例として、圧電基板を伝搬する波を
ラム波とすれば、すだれ状トランスデユーサを液体と直
接接触させる必要がなく、機械的及び化学的保護の必要
がない。また、発振周波数を直接測定するのではなく、
電圧に変換して液体の速度との関係をめてもよい。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、すだれ状トラン
スデユーサを用い、比較的簡単な構成で液体の速度を精
度よく測定することができる。
スデユーサを用い、比較的簡単な構成で液体の速度を精
度よく測定することができる。
第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は本発明で
用いられるすだれ状トランスデユーサの詳細な構成を示
す平面図、第３図は管状パイプを流れる水の速度を測定
するための本発明の実験装置のブロック図、第４図は第
３図の測定装置の詳細な回路図、第５図は発振スペクト
ル応答特性を示す図、及び第６図は実験により得られた
周波数Ｆと水の速度Ｖとの関係を示すグラフである。 １０−ｍ−液体の流れの方向、 １２−ｍ−圧電基板、 １４、１６．１８．２０−一一すだれ状トランスデユー
サ、 ２２、２４−ｍ−増幅器、 ２６、２８−−一音波、３０−−一反射面、３２、３４
−ｍ−出力端子。 特許出願人 戸 １） 耕 司 特許出願代理人 弁理士 山木恵− も１図 朱２図 本３ 図
用いられるすだれ状トランスデユーサの詳細な構成を示
す平面図、第３図は管状パイプを流れる水の速度を測定
するための本発明の実験装置のブロック図、第４図は第
３図の測定装置の詳細な回路図、第５図は発振スペクト
ル応答特性を示す図、及び第６図は実験により得られた
周波数Ｆと水の速度Ｖとの関係を示すグラフである。 １０−ｍ−液体の流れの方向、 １２−ｍ−圧電基板、 １４、１６．１８．２０−一一すだれ状トランスデユー
サ、 ２２、２４−ｍ−増幅器、 ２６、２８−−一音波、３０−−一反射面、３２、３４
−ｍ−出力端子。 特許出願人 戸 １） 耕 司 特許出願代理人 弁理士 山木恵− も１図 朱２図 本３ 図
Claims (1)
- 一表面が液体と接する如く設けられた圧電基板と、前記
表面上に設けられ液体の流れと同一方向及び反対方向に
音波を放射する放射用の２組のすだれ状トランスデユー
サと、前記表面上に設けられ前記２つの音波をそれぞれ
受取る受波用の２組のすだれ状トランスデユーサと、前
記２組の送波用及び受波用トランスデユーサに出力及び
入力が接続される２つの増幅器で発振器を構成し、該２
つの増幅器のそれぞれの発振周波数に基づき液体の流速
を測定することを特徴とする液体流速測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59059587A JPS60203819A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | 液体流速測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59059587A JPS60203819A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | 液体流速測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60203819A true JPS60203819A (ja) | 1985-10-15 |
Family
ID=13117507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59059587A Pending JPS60203819A (ja) | 1984-03-29 | 1984-03-29 | 液体流速測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60203819A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001304929A (ja) * | 2000-04-21 | 2001-10-31 | Koji Toda | 超音波液体流速センサ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5227540A (en) * | 1975-08-21 | 1977-03-01 | Nec Corp | Constant-voltage supply circuit |
| JPS584075A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波流量計用圧電変換器 |
-
1984
- 1984-03-29 JP JP59059587A patent/JPS60203819A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5227540A (en) * | 1975-08-21 | 1977-03-01 | Nec Corp | Constant-voltage supply circuit |
| JPS584075A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波流量計用圧電変換器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001304929A (ja) * | 2000-04-21 | 2001-10-31 | Koji Toda | 超音波液体流速センサ |
| JP4591858B2 (ja) * | 2000-04-21 | 2010-12-01 | 耕司 戸田 | 超音波液体流速センサ |
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