JPS6159216A - 音響式流体流量計 - Google Patents
音響式流体流量計Info
- Publication number
- JPS6159216A JPS6159216A JP60184354A JP18435485A JPS6159216A JP S6159216 A JPS6159216 A JP S6159216A JP 60184354 A JP60184354 A JP 60184354A JP 18435485 A JP18435485 A JP 18435485A JP S6159216 A JPS6159216 A JP S6159216A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acoustic transducer
- acoustic
- transducer
- signal
- reflected
- Prior art date
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- Granted
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-
- 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
- G01F1/662—Constructional details
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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】
本発明は音響式流体流量計に関し、さらに詳細には、導
管の壁面から反射される音響信号を利用するような流量
計に関する。
管の壁面から反射される音響信号を利用するような流量
計に関する。
超音波範囲で動作する音響計器により流体の流量、たと
えば空気のマスフローなどを測定することは良く知られ
ている。通常、そのような計器は、音響信号の発射と、
信号が測定すべき流体を通過した後の信号の受信とを交
互に行なう一対の超音波変換器を含む。電子回路は、流
体の流速又は質量渡世を測定するために発信信号と受信
信号との関係を分析する。このような装置の例は、特開
昭６０−１１５８１１号公報及び特開昭６０−１１７１
１０号公報、並びに米国特許第４，３０８，７５４号に
記載されている。このような装置においては、あらゆる
測定計器の場合と同様に、受信信号のＳ／Ｎ比をできる
限り大きくすると共に、誤信号に起因する疑似データを
できる限り少なくすることが望ましい。さらに、流体流
量の代表値を測定するためには、測定すべき流体の多く
の割合をサンプリングすることが望ましい。後者の目的
は、一方の変換器から他方の変換器への直接伝送を採用
するよりも、反射方法を採用した方がより容易に達成さ
れる。
えば空気のマスフローなどを測定することは良く知られ
ている。通常、そのような計器は、音響信号の発射と、
信号が測定すべき流体を通過した後の信号の受信とを交
互に行なう一対の超音波変換器を含む。電子回路は、流
体の流速又は質量渡世を測定するために発信信号と受信
信号との関係を分析する。このような装置の例は、特開
昭６０−１１５８１１号公報及び特開昭６０−１１７１
１０号公報、並びに米国特許第４，３０８，７５４号に
記載されている。このような装置においては、あらゆる
測定計器の場合と同様に、受信信号のＳ／Ｎ比をできる
限り大きくすると共に、誤信号に起因する疑似データを
できる限り少なくすることが望ましい。さらに、流体流
量の代表値を測定するためには、測定すべき流体の多く
の割合をサンプリングすることが望ましい。後者の目的
は、一方の変換器から他方の変換器への直接伝送を採用
するよりも、反射方法を採用した方がより容易に達成さ
れる。
本発明は、受信側変換器に強力な信号が反射されるよう
な反射音響流体流量計を提供する。本発明は、ｓ ／
Ｎ比が改善されたそのような流量計をさらに提供する。
な反射音響流体流量計を提供する。本発明は、ｓ ／
Ｎ比が改善されたそのような流量計をさらに提供する。
このような目的のために、本発明による音響流体流量計
は、一方の壁面に上流側及び下流側超音波変換器が取付
けられた導管を具備し、いずれか一方の変換器から放射
され、導管を横切り、反射面により反射された信号が他
方の変換器に集束されるように、変換器を通る軸を有す
ることにより、導管の反対側の壁面は、一方の変換器か
ら他方の変換器への音響信号の反射を最良にする形状を
有する。
は、一方の壁面に上流側及び下流側超音波変換器が取付
けられた導管を具備し、いずれか一方の変換器から放射
され、導管を横切り、反射面により反射された信号が他
方の変換器に集束されるように、変換器を通る軸を有す
ることにより、導管の反対側の壁面は、一方の変換器か
ら他方の変換器への音響信号の反射を最良にする形状を
有する。
反射面は、変換器を通る曲率中心をそれぞれ有する１つ
又は複数の円筒形セグメントから構成されるのが好まし
い。複数のセグメントから構成される場合、本発明は、
個々の円筒形反射セグメントが変換器から部分の一波長
の倍数の距離だけ離間して配置されるために、一方の変
換器から他方の変換器へ向かう信号は受信側変換器にお
いて強めあうように組合わされるが、変換器から軸方向
に離間する雑音源からの雑音は反射後に弱めあう干渉を
受け、その結果、受信側変換器における雑音信号が最少
限に抑えられるような反射面を利用することによりさら
に実施される。
又は複数の円筒形セグメントから構成されるのが好まし
い。複数のセグメントから構成される場合、本発明は、
個々の円筒形反射セグメントが変換器から部分の一波長
の倍数の距離だけ離間して配置されるために、一方の変
換器から他方の変換器へ向かう信号は受信側変換器にお
いて強めあうように組合わされるが、変換器から軸方向
に離間する雑音源からの雑音は反射後に弱めあう干渉を
受け、その結果、受信側変換器における雑音信号が最少
限に抑えられるような反射面を利用することによりさら
に実施される。
以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。
本発明は様々な用途に適用することができるが、ここで
は自動車のエンジンの吸気装置に設けられるマスフロー
メータに関して本発明を説明する。従って、図面はスロ
ットル本体又はスロットル本体の上流側の計測部である
導管を示す。第１図及び第２図に示されるように、ハウ
ジング１０は内側流体流路１２を規定する。内側流体流
路１２は横断面は円形ではないが、従来の円形部品、す
なわち空気清浄器アセンブリ又は吸気ホースと容易に結
合できるように外周が円形である上方フランジ１４を有
する。ハウジング１０の一方の側にある細長い開口１６
を利用して、上流側圧電超音波変換器１８及び下流側圧
電超音波変換器２０を内側流体流路１２に隣接してそれ
ぞれ取付けることができる。ハウジングの側方延出部２
２には圧電超音波変換器１８及び２０と、関連する電子
回路（図示せず）とが収納される。内側流体流路１２を
規定する内壁は、約２５０°の円弧を描く第１の壁０部
分２４と、この壁部分゛２４に連接し、内側流体流路１
２を完成するが、第１の壁部分２４の約２倍の曲率半径
を有する第２の壁部分２６とを含む２つの円筒形部分か
ら構成される。
は自動車のエンジンの吸気装置に設けられるマスフロー
メータに関して本発明を説明する。従って、図面はスロ
ットル本体又はスロットル本体の上流側の計測部である
導管を示す。第１図及び第２図に示されるように、ハウ
ジング１０は内側流体流路１２を規定する。内側流体流
路１２は横断面は円形ではないが、従来の円形部品、す
なわち空気清浄器アセンブリ又は吸気ホースと容易に結
合できるように外周が円形である上方フランジ１４を有
する。ハウジング１０の一方の側にある細長い開口１６
を利用して、上流側圧電超音波変換器１８及び下流側圧
電超音波変換器２０を内側流体流路１２に隣接してそれ
ぞれ取付けることができる。ハウジングの側方延出部２
２には圧電超音波変換器１８及び２０と、関連する電子
回路（図示せず）とが収納される。内側流体流路１２を
規定する内壁は、約２５０°の円弧を描く第１の壁０部
分２４と、この壁部分゛２４に連接し、内側流体流路１
２を完成するが、第１の壁部分２４の約２倍の曲率半径
を有する第２の壁部分２６とを含む２つの円筒形部分か
ら構成される。
圧電超音波変換器１８及び２０を収容する開口１６は第
１の壁部分２４に対称形に配置され、これに相対向する
ｍ２の壁部分２６は一方の変換器から他方の変換器へ伝
送される信号の反射面として作用する。
１の壁部分２４に対称形に配置され、これに相対向する
ｍ２の壁部分２６は一方の変換器から他方の変換器へ伝
送される信号の反射面として作用する。
動作中、発射された信号は第２図に点線２８により示さ
れるように内側流体流路１２を横断し、第２の壁部分２
６により反射されて再び流路を横断し、他方の圧電式超
音波変換器に集束される。いずれか−万の変換器からの
音響エネルギーが反射面としての第２の壁部分２６によ
り他方の変換器に集束されるように、２つの変換器は音
響信号の送信機としての役割と、受信機としての役割を
交互に果たす。音響信号を集束するために、第２の壁部
分２６の曲率中心は、圧電超音波変換器１８及び２０を
通る円筒形セグメントの軸３０の上にある。特定の曲率
中心、すなわち軸３０は変換器の表面に位置するか、又
は好ましくは変換器の圧電結晶を通る軸３０にあれば良
い。変換器からの音響エネルギーは第１図の点線３２に
より示されるように扇形に発射されるため、内側流体流
路１２０面積の大半を掃引し、流路を流れる流体を高い
割合でサンプリングする。各変換器から発射さ°れる信
号は第２の壁部分２６により他方の変換器に集束される
ので、送信される音響信号は強力である。
れるように内側流体流路１２を横断し、第２の壁部分２
６により反射されて再び流路を横断し、他方の圧電式超
音波変換器に集束される。いずれか−万の変換器からの
音響エネルギーが反射面としての第２の壁部分２６によ
り他方の変換器に集束されるように、２つの変換器は音
響信号の送信機としての役割と、受信機としての役割を
交互に果たす。音響信号を集束するために、第２の壁部
分２６の曲率中心は、圧電超音波変換器１８及び２０を
通る円筒形セグメントの軸３０の上にある。特定の曲率
中心、すなわち軸３０は変換器の表面に位置するか、又
は好ましくは変換器の圧電結晶を通る軸３０にあれば良
い。変換器からの音響エネルギーは第１図の点線３２に
より示されるように扇形に発射されるため、内側流体流
路１２０面積の大半を掃引し、流路を流れる流体を高い
割合でサンプリングする。各変換器から発射さ°れる信
号は第２の壁部分２６により他方の変換器に集束される
ので、送信される音響信号は強力である。
流量計の通常の寸法を挙げると、第１の壁部分２４の内
径は５５ＩＩＩＩｍであり、第２の壁部分２６の曲率半
径は５１ｍであり、曲率中心を含む軸３０は開口１６の
５ｍ後の位置を通る。圧電式超音波変換器の直径は１６
ｍであり、中心間距離は２０１Ｉｌｌである。伝送効率
を最大にするため、第２図に示されるように、圧電式超
音波変換器１Ｂ及び２０はそれぞれ互いに対して約１０
°傾斜している。
径は５５ＩＩＩＩｍであり、第２の壁部分２６の曲率半
径は５１ｍであり、曲率中心を含む軸３０は開口１６の
５ｍ後の位置を通る。圧電式超音波変換器の直径は１６
ｍであり、中心間距離は２０１Ｉｌｌである。伝送効率
を最大にするため、第２図に示されるように、圧電式超
音波変換器１Ｂ及び２０はそれぞれ互いに対して約１０
°傾斜している。
圧電式超音波変換器１８及び２０は好ましい動作周波数
（３５〜５０ ＫＨｚ ）において効率の良い超音波エ
ネルギー受信機であるので、同じ周波数の雑音をも受信
してしまう。当然のことながら、変換器は他の周波数の
雑音も受信するが、そのような雑音はフィルタにより電
気的に除去される。
（３５〜５０ ＫＨｚ ）において効率の良い超音波エ
ネルギー受信機であるので、同じ周波数の雑音をも受信
してしまう。当然のことながら、変換器は他の周波数の
雑音も受信するが、そのような雑音はフィルタにより電
気的に除去される。
第３図及び第４図に示されるように、自動車の吸気装置
の場合１．スロットルバルブ又はブレード３４が動作周
波数の雑音の発生源である。スロットルブレードが開き
始めるとき、アイドルバイパスポート３６は覆われてお
らず、ポートを通過する突風は動作周波数のホイツスル
を発生する。第３図は、第１図及び第２図の簡単な円筒
形の反射面（第２の壁部分２６〕の代わりに採用され、
変換器から軸方向にある距離をおいて発散する動作周波
数の雑音を無効にする段付反射面の構成を示す。
の場合１．スロットルバルブ又はブレード３４が動作周
波数の雑音の発生源である。スロットルブレードが開き
始めるとき、アイドルバイパスポート３６は覆われてお
らず、ポートを通過する突風は動作周波数のホイツスル
を発生する。第３図は、第１図及び第２図の簡単な円筒
形の反射面（第２の壁部分２６〕の代わりに採用され、
変換器から軸方向にある距離をおいて発散する動作周波
数の雑音を無効にする段付反射面の構成を示す。
この構成によれば、ハウジング１ａ′の外周はほぼ円形
である。ハウジングの内面は、第１図及び第２図の場合
と同様に円筒から形成され、圧電式超音波変換器１８及
び２ｏを支持する第１の壁部分２４′を有する。変換器
と対向する反射壁は曲率中心、すなわち円筒の軸が２つ
の変換器と交差する円筒の一部分からそれぞれ形成され
る一連の面により構成される。変換器の真向かいにある
中心反射面２６ａは反射壁の一部、その約三分の−の面
積を占め、中心反射面２６ａの両側に連接する円筒形の
反射面２６ｂは中心反射面２６１Ｌより狭く、また、中
心反射面２６ａと曲率中心は同じであるが、曲率半径は
小さいので、２つの反射面の間には肩部又は段部３８が
形成される。反射面２６ｂの両側にはさらにもう一対の
円筒形の反射面２６ｅが配置される。
である。ハウジングの内面は、第１図及び第２図の場合
と同様に円筒から形成され、圧電式超音波変換器１８及
び２ｏを支持する第１の壁部分２４′を有する。変換器
と対向する反射壁は曲率中心、すなわち円筒の軸が２つ
の変換器と交差する円筒の一部分からそれぞれ形成され
る一連の面により構成される。変換器の真向かいにある
中心反射面２６ａは反射壁の一部、その約三分の−の面
積を占め、中心反射面２６ａの両側に連接する円筒形の
反射面２６ｂは中心反射面２６１Ｌより狭く、また、中
心反射面２６ａと曲率中心は同じであるが、曲率半径は
小さいので、２つの反射面の間には肩部又は段部３８が
形成される。反射面２６ｂの両側にはさらにもう一対の
円筒形の反射面２６ｅが配置される。
これらの反射面２６ｅも曲率中心は同じであるが、曲率
半径はさらに小さい。従って、反射面２６ｂと反射面２
６Ｃ・との間にはさらに別の肩部又は段部４０が規定さ
れる。信号経路に沿って測定した段部の寸法、すなわち
隣接する反射面の間隔は部分の一波長である。
半径はさらに小さい。従って、反射面２６ｂと反射面２
６Ｃ・との間にはさらに別の肩部又は段部４０が規定さ
れる。信号経路に沿って測定した段部の寸法、すなわち
隣接する反射面の間隔は部分の一波長である。
周波数が３５ ＫＨｚであるとき、この間隔は４．３８
ミリメートルとなる。一方の圧電式超音波変換器１８又
は２０から発射される音響信号２８′と、隣接する反射
面から反射される音響信号２８′とは同相である。これ
は、さらに離れた反射面から反射される音波が隣接する
反射面から反射される音波より一波長分遠くへ進むため
である。これらの音響信号は受信側変換器において組合
わされて、強力な信号を形成する。音波の強めあう干渉
又は弱めあう干渉は理想的な位相関係からの小さな偏移
にはきわめて有効であるので、段部の寸法は重要ではな
い。たとえば、一定の波長に対して、７０％の効率を得
るために段部の寸法の変動は±１２％まで許される。
ミリメートルとなる。一方の圧電式超音波変換器１８又
は２０から発射される音響信号２８′と、隣接する反射
面から反射される音響信号２８′とは同相である。これ
は、さらに離れた反射面から反射される音波が隣接する
反射面から反射される音波より一波長分遠くへ進むため
である。これらの音響信号は受信側変換器において組合
わされて、強力な信号を形成する。音波の強めあう干渉
又は弱めあう干渉は理想的な位相関係からの小さな偏移
にはきわめて有効であるので、段部の寸法は重要ではな
い。たとえば、一定の波長に対して、７０％の効率を得
るために段部の寸法の変動は±１２％まで許される。
第４図は、スロットルブレード３４が変換器の約８：）
ｗ＋下流に配置され、閉鎖位置にあるときに第１の壁部
分２４′と接触する場合にスロットルブレードにより発
生されるホイツスルの効果を示す。反射壁が第１図及び
第２図と同様の構成であれば、ホイツスル雑音は第２の
壁部分２６からの反射によりいずれか一方の圧電式超音
波変換器１８又は２０に集束されると考えられる。しか
しながら、反射壁が第３図のような段付構成であるとき
、雑音の経路４２に沿って測定した反射壁の段部間隔は
動作周波数において一波長の四分の三である。従って、
隣接する反射面から反射される雑音波は互いに１８０°
の位相ずれ関係にあるので、弱めあう干渉によって雑音
効果は相殺さ・れる。ホイツスル雑音が垂直面に対して
４８°の角度で反射面に入射するとき、この相殺は完全
に行なわれる。４８° の角度で入射するように厳密に
位置決めされていない雑音源は反射波により完全には相
殺されないが、有効雑音信号は、その理想位置に近接し
ているとしても著しく減少される。このように、段付反
射壁構成は動作周波数において一方の変換器からの信号
を他方の変換器に集束するのみならず、軸方向に離間し
て位置する雑音波からの同じ周波数の雑音を減少させる
効果も有する。第４図においては、雑音の経路４２は圧
電式超音波変換器１８に向かうように示されている。圧
電式超音波変換器２０に向かう同様の経路も存在する。
ｗ＋下流に配置され、閉鎖位置にあるときに第１の壁部
分２４′と接触する場合にスロットルブレードにより発
生されるホイツスルの効果を示す。反射壁が第１図及び
第２図と同様の構成であれば、ホイツスル雑音は第２の
壁部分２６からの反射によりいずれか一方の圧電式超音
波変換器１８又は２０に集束されると考えられる。しか
しながら、反射壁が第３図のような段付構成であるとき
、雑音の経路４２に沿って測定した反射壁の段部間隔は
動作周波数において一波長の四分の三である。従って、
隣接する反射面から反射される雑音波は互いに１８０°
の位相ずれ関係にあるので、弱めあう干渉によって雑音
効果は相殺さ・れる。ホイツスル雑音が垂直面に対して
４８°の角度で反射面に入射するとき、この相殺は完全
に行なわれる。４８° の角度で入射するように厳密に
位置決めされていない雑音源は反射波により完全には相
殺されないが、有効雑音信号は、その理想位置に近接し
ているとしても著しく減少される。このように、段付反
射壁構成は動作周波数において一方の変換器からの信号
を他方の変換器に集束するのみならず、軸方向に離間し
て位置する雑音波からの同じ周波数の雑音を減少させる
効果も有する。第４図においては、雑音の経路４２は圧
電式超音波変換器１８に向かうように示されている。圧
電式超音波変換器２０に向かう同様の経路も存在する。
双方の経路群について雑音の完全な相殺は起こらないが
、後者の経路については実質的な雑音低減が得られる。
、後者の経路については実質的な雑音低減が得られる。
従って、本発明の一実施例による流体流量計は流体搬送
導管の広い面積をサンプリングしながら、一方の変換器
から他方の変換器へ音響信号を効率良く伝送し、別の実
施例によれば、軸方向に離間する雑音源からの音響信号
と同じ波長の雑音を抑制するという付加的特徴を有する
ことは明らかである。
導管の広い面積をサンプリングしながら、一方の変換器
から他方の変換器へ音響信号を効率良く伝送し、別の実
施例によれば、軸方向に離間する雑音源からの音響信号
と同じ波長の雑音を抑制するという付加的特徴を有する
ことは明らかである。
第１図は、本発明による反射音響流体流量計の平面図、
第２図は、第１図の流体流量計の部分断面正面図、
第３図は、本発明の別の実施例による流体流量計の横断
面平面図、及び 第４図は、本発明の第３図の実施例の音響的動作を示す
略図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １２・・・内側流体流路、 １８．２０・・・圧電式超音波変換器、２４．２４′・
・・第１の壁部分、 ２６・・・第２の壁部分、 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃｍ−−反射面、２８．２８′・
・・音響信号の経路、 ３６・・・アイドルバイパスポート、 ３８．４０・・・段部。
面平面図、及び 第４図は、本発明の第３図の実施例の音響的動作を示す
略図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １２・・・内側流体流路、 １８．２０・・・圧電式超音波変換器、２４．２４′・
・・第１の壁部分、 ２６・・・第２の壁部分、 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃｍ−−反射面、２８．２８′・
・・音響信号の経路、 ３６・・・アイドルバイパスポート、 ３８．４０・・・段部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、流体の流れを搬送する導管（１２）を含む、音響式
流体流量計であつて、導管の一方の壁面（２４）には一
対の音響変換器（１８、２０）が取付けられ、一方の音
響変換器は、いずれか一方の音響変換器から放射された
音響信号が導管の反対側の壁面（２６）から他方の音響
変換器に向かつて反射されるように他方の音響変換器の
上流側に配置される音響流体流量計において、反対側の
壁面（２６）は、音響変換器（１８、２０）を通る軸（
３０）を有する１つ又は複数の円筒形の反射面（２６、
２６ａ）２６ｂ、２６ｃ）から構成され、それにより、
いずれか一方の音響変換器から放射され、導管（１２）
を横切り、反射面から反射された信号（２８、２８′）
は他方の音響変換器に集束されることを特徴とする流量
計。 ２、特許請求の範囲第１項記載の音響式流体流量計にお
いて、音響変換器（１８、２０）はある動作波長の信号
（２８、２８′）を放射し、反対側の壁面（２６）は音
響変換器を通る曲率中心をそれぞれ有する一連の円筒形
の反射面（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）から構成され、反
射面は音響変換器から、信号経路に沿つて測定したとき
約二分の一波長の倍数の可変距離だけ離間して配置され
るため、反射信号は受信側音響変換器において強めあう
ように組合わされるが、音響変換器の上流又は下流の領
域（３６）で放射され、反射面から反射された雑音は、
ある程度まで、受信側音響変換器において弱めあう干渉
を受け、最少限に抑えられることを特徴とする流量計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/643,560 US4555951A (en) | 1984-08-23 | 1984-08-23 | Reflective acoustic fluid flow meter |
| US643560 | 1984-08-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6159216A true JPS6159216A (ja) | 1986-03-26 |
| JPH0319491B2 JPH0319491B2 (ja) | 1991-03-15 |
Family
ID=24581330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60184354A Granted JPS6159216A (ja) | 1984-08-23 | 1985-08-23 | 音響式流体流量計 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4555951A (ja) |
| EP (1) | EP0172676A1 (ja) |
| JP (1) | JPS6159216A (ja) |
| AU (1) | AU4582085A (ja) |
| CA (1) | CA1241105A (ja) |
| DK (1) | DK381685A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012198880A (ja) * | 2011-03-18 | 2012-10-18 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 流量測定のためのシステムおよび方法（流量測定システム） |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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