JPS60262015A - 超音波式ドツプラ−流量計 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は超音波式ドヅプ”５””ｍ置針に襟り、特に微
小口径用に好適な・超音波ドツプラ−流量計に関する。

　”・ 〔発明の背景〕 超音波式ドツプラー流量計は超音波が金属配管及び水等
の流体中を容易に透過するごとを利用して流体中に音波
を照射し、その反射音波の信号から流体の速度又社流量
を測定する流量計である。

第１図は超音波ドツプラ−流量計の原理説明図である。

第１図において、一定の譲信周波数ｆ。

の信号を出力する送信部１は送信用の超音波振動子３を
駆動し、そこで周波数ｆｏの音波に変換し、流体流路４
中の被測定流体５に向けて照射する。

被測定流体５中に含まれる散乱体６は該音波を散乱する
が、その一部は受信用の超音波振動子３′に到達し、そ
こで電気倶号に変換された後受信部２で増幅される。

この時受ｇｓ部２の出力として得られる信号の周波数を
ｆとすれば、ｆは散乱体６の移動速度Ｖによってドツプ
ラーシフトと呼ばれる周波数変調を受けてｔｏ　よりす
れる。その変化分をドツプラーシフト周波数Δｆとすれ
ば、それは次式で表される。

Δｆ＝２−ｆ、ｃｏｓ（１・・・・・・・・・・・・（
１）に こに Δｆ”ｆ　ｆ。

ｆ　：受信周波数 ｆｏ　：送信周波数 Ｖ　；散乱体移動速度 Ｃ：流体中の音速 ０　：音波の伝播方向と散乱体の移動方向と、　のなす
角度 一般に１散乱体の移動速度と流体の速度とは等しいと考
えることができるので、ドツプラーシフト周波数Δｆと
流体の速度との間には比例関係が成立し、その比例定数
は幾可学的条件および物理的性質から決定できる。

従うで、ドツプラーシフト周波数を測定することによっ
て、流体の速度ｆ：ｍｕ定できる。また流体水路の形状
９寸法が与えられて断面積Ｓがまれば、次式から流量Ｑ
が得られ、流量計となる。

Ｑ＝ｖ−８・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３
）これが、ドツプラー流量計の測定原理である。

ところで、実用的には、これらＬφｚ５■〜φ３００Ｇ
ｍの中太口径用であり、しかも、既設管に容易に＊、ａ
付けられるように、配管の外に、検出器を装着するのが
一般的でるり、またそれが超音波流量針の最大の特長で
もあった。

、しかしこの方式では、配管口径が小さくなると、音波
が管軸を通過するような位置関係を保ちつつ検出器を配
管に装着することが難かしくなシ、特殊な実験用を除け
ば、現状ではφ′２５■程度のパイプに適用できるのが
限界であり、それ以下の口　（径の配管には適用できな
い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような微小口径の配管内。

プラー流量計を提供することに６る。

また、本発明の別の目的は、同一検出部を用いて、すな
わち、超音波の送信、受信部はそのまま圧しぞパイプを
交換するだけで、容易に広い範囲のレンジやスパンを変
更できる超音波流量計を提供することにある。

第２図は本発明の一実施例の断面図でめる。

この実施例や流量計全体は送信用振動子、受信用Ｉｊｊ
ｔｊｌ！１１子８、流体導入口９、支持体１２，１３、
流体排出口１４よシ構成される検出部と、流体１１及び
音波の伝搬路となるパイプ１ｏに大別される。

流体導入口９から入った流体は、支持体１２およびパイ
プ１０の内部を経て支持体１３に入シ、流体排出口１４
から出ていく。

一方、この場合の音波の伝搬について考えると、ある−
間に送信用振動子７から出た音波は、支持体１２の管壁
を透過して流体１１に入り、実線に示す経路を経て流体
ｌｌ中を伝搬していく。そして、前記音波の一部は、流
体中に含まれる散乱体６によって反射されて受信用振動
子８に到達する。

送信用振動子７かも送信される゛音波の周波数をｆｏ　
ｓ受信用振動子８で受信される音波の周波数’ｋｆとす
れば、第１図の説明と同様にして次式を得る。

Δ７＝２−１ｏ　・・・・・・・・・・・・（４）に こに Δｆ＝ｆ−ｆ、　・・・・・・・・・・・・（５）ｆ　
：受信周一数 ｆｏ　：送信周波数 Ｖ　：散乱体移動速度（流速） Ｃ：流体中の音波 ドツプラーシフト周波数Δｆと流速Ｖとは比例するので
、Δｆを計測することにより流速ｖｔ求めることかでき
る。パイプ内径１ｄとすれば、流量は からまる。

第３図、第４図は、本発明の流量計を演算部。

表示部などと一体に組込む場合の、具体的な構成を示す
概略平面図である。

流体導入口２０から入った流体は、流量計１７を経て流
体排出口１９から排出される。流量計１７からの検出信
号は、変換部１５で、流速又は流量に比例した電気信号
に変換され、ディジタル表示部ＩＩＣ直接表示される。

−なお、第４図は、第３図の構成に、音速の補正や直線
性の補正手段２１を付設した場合の構成を示す。

上記の各構成部品を１つの匡体に内蔵し、流体との結合
を流体導入口２０および流体排出口１９で行えは、その
流量又は流速をディジ、タル表示部ｙ　１６で直読でき
ることになり、極めて操作性の良好な流量計装置を実現
できる。特にポータプルの流量計として有効である。

〔発明の効果〕

前述したような本発明の構造にすれば、送信用振動子７
及び受信用振動子８と流体の移動方向との位置関係が固
定となシ、かつ音波の照射領域を正確に決定することが
可能である。

また、微小口径のパイプに適用した場合に、音波の照射
領域がパイプ１０の断面全体に均一にならないことによ
って生じる、スパン誤差や、直線性の曲りも、七の特性
は流速によって一義的に定まるので、信号処理の際にあ
らかじめ補正手段を設けておけば補正可能である。

更に１本発明においては、流速の方向と音波の伝搬方向
が同じなので、流速によって受ける音波の伝搬時間の変
調の度合が大きく、それだけ流速検出感度が高く得られ
る結果、低流速まで安定な流速測定が可能となる。

また、本発明による他の効果として、次の点があげられ
る。

すなわち、微小流量を測定する場合、流量測定　１範囲
に応じてパイプ径を変える必要があるが、本発明によれ
ば内径は異なるが外形の等しいパイプを作っておけばパ
イプの交換だけで広い流量範囲の測定を精度良く行うこ
とができる。

なお、パイプｌＯには、送信用振動子７から流体１１又
は支持体１２ｊ−介しての音響的な結合により、音波の
多重反射が生じることがあるが、パイプ１０又は支持体
１２の内面又は外面に、流体又はパイプ材質と比較的音
響インピーダンスが近く、かつ音波の減衰率の大きな材
料の吸音材を装着することによシ、多重反射を減衰させ
ることができる。

また、本発明では、パイプ１０の径と長さが決まれは検
出部の幾可学的な構造が決まる。したがってパイプ１０
を流れる流体１１の流速又は流量と出力信号とは、１：
１１Ｃ対応する＝し″たがって、信号変換部のレンジ及
びスパンを、あらかじめ基準流量で校正しておけば、流
速又は流量を直読することも原理的に可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はドツプラー流量針の測定原理を説明するための
図、第２図は本発明の具体的な一実施例を示す断面図、
第３図および第４図は本発明の流量計を演算部１表示部
などと一体に組込む場合の具体的構成例を示す概略平面
図である。 ６・・・散乱体、７・・・送信用振動子、８・・・受信
用振動子、９・・・流体導入口、、ｉ、ｏ・・・パイプ
、１１・・・流体、１２．１３・・・支持体、１４・・
・流体排出口、１５・・・変換部、１６・・・ディジタ
ル表示部、１７・・・検出部、＄１　目 ／ 葉２　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体導入口を有する第１支持体と、流体排出！ヲ有
   する第２支持体と、第、１および第２支持体間に連結さ
   れ、流体導入口から導入されて流体排出口へ排出される
   流体の通路を形成するパイプと、前記第１および第２支
   持体の一方に取付けられ、信用振動子と、前記第１およ
   び第２支持体の一方に取付けられ、前記パイプ内の流体
   中の散乱体で、反射された超音波を受信し、その太き貞
   に応じた電気信号を発生する受信用振動子とを具備した
   ことｆ−特許とする超音波式ド′プラー流斂計・２、前
   記パイプの内径寸法些流量の測定レンジに応じて決定さ
   れ、またその支持体との連結部の形状・寸法は、前記パ
   イプ？内径寸法に拘わらず一定であることを特徴とする
   特許 第１項記載の超せ液式ドップラー流量計。 ３、前記パイプの内面または外面に超音波反射用吸音材
   を設けたことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の超音波式ドツプラー流量計。　゛