JPS62280634A - 粒子の粒径・速度測定方法およびその装置 - Google Patents
粒子の粒径・速度測定方法およびその装置Info
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- JPS62280634A JPS62280634A JP12423286A JP12423286A JPS62280634A JP S62280634 A JPS62280634 A JP S62280634A JP 12423286 A JP12423286 A JP 12423286A JP 12423286 A JP12423286 A JP 12423286A JP S62280634 A JPS62280634 A JP S62280634A
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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】
３、発明の詳細な説明
（産業上の利用分野〕
本発明は、蒸気タービンや地熱光電設備等における湿り
蒸気中の水滴あるいは微粉炭輸送管、ミル、セメント関
係設備等にあける固気混相流の粒子等の粒（！および速
度を測定する測定方法および装置に関する。
蒸気中の水滴あるいは微粉炭輸送管、ミル、セメント関
係設備等にあける固気混相流の粒子等の粒（！および速
度を測定する測定方法および装置に関する。
蒸気タービンの低圧段や地熱発電設備の蒸気輸送管等の
ように、湿り蒸気を年初流体としている機器では、蒸気
中の水滴が羽根等に衝突することによって生じるエロー
ジョンが、羽根等の折膿ないし損（１３の原因として問
題になっている。このため、湿り蒸気中の水滴の粒径お
よび速度を測定し、耐エロージヨン対策を施す必要があ
る。
ように、湿り蒸気を年初流体としている機器では、蒸気
中の水滴が羽根等に衝突することによって生じるエロー
ジョンが、羽根等の折膿ないし損（１３の原因として問
題になっている。このため、湿り蒸気中の水滴の粒径お
よび速度を測定し、耐エロージヨン対策を施す必要があ
る。
このような湿り蒸気中の水滴の粒径および速度の測定手
段として、従来は単波長光透過減衰法や多波長光透過減
衰法等の光学的手法が使用されていた。
段として、従来は単波長光透過減衰法や多波長光透過減
衰法等の光学的手法が使用されていた。
第５図は従来の単波長光透υ減衰法の原理を示す図であ
る。第５図において、１は発光体く例えばＬＥＥＤ、レ
ーザ等）、２は投光用光ファイバ、３は受光用光ファイ
バ、４はプローブ本体、５は受光器、６は増幅器、７は
信号処理器、８はｍ算器である。
る。第５図において、１は発光体く例えばＬＥＥＤ、レ
ーザ等）、２は投光用光ファイバ、３は受光用光ファイ
バ、４はプローブ本体、５は受光器、６は増幅器、７は
信号処理器、８はｍ算器である。
発光体１より発せられた光は投光用光ファイバ２を経て
プローブ本体４内の測定点Ｍに投光される。この光は測
定点Ｍの粒子径および個数、ならびに速度の関数として
光減衰し、透過した光は受光用ファイバ３に入射する。
プローブ本体４内の測定点Ｍに投光される。この光は測
定点Ｍの粒子径および個数、ならびに速度の関数として
光減衰し、透過した光は受光用ファイバ３に入射する。
受光用ファイバ３に入射した光は、受光器５に導かれ光
電変換された後、増幅器６により電気的に層幅され、そ
の後、信号処理器７で光減衰度に応じた表示信号とされ
、演算器８により粒子径を算定される。
電変換された後、増幅器６により電気的に層幅され、そ
の後、信号処理器７で光減衰度に応じた表示信号とされ
、演算器８により粒子径を算定される。
第６図は測定点Ｍにおける光ビーム９を粒子１０が横切
って通過する１際の透過光の減衰を表わした図である。
って通過する１際の透過光の減衰を表わした図である。
第６図に示すように、粒子１０が光ビーム９の中央部に
存在する時に透過光の減衰は最大となる。そして、この
ときの透過光減衰比１ｍが粒径に比例しているので、こ
れを検出することにより粒径を算定している。
存在する時に透過光の減衰は最大となる。そして、この
ときの透過光減衰比１ｍが粒径に比例しているので、こ
れを検出することにより粒径を算定している。
上記のような従来の単波艮光透過減衰法には、次のよう
な欠点がある。
な欠点がある。
（１）ｉ１１定点Ｍの光軸方向に粒子が複数個存在する
と、その投影面積の総和に比例して、透過光が減衰する
ので、見掛は上その粒径が大きく測定され、測定誤差の
増大をきたす。
と、その投影面積の総和に比例して、透過光が減衰する
ので、見掛は上その粒径が大きく測定され、測定誤差の
増大をきたす。
（２）光ビーム断面内に粒子が複数個存在すると、それ
らの投影面積の総和に比例して、透過光が減衰するので
、粒径が実際より大きく測定される。
らの投影面積の総和に比例して、透過光が減衰するので
、粒径が実際より大きく測定される。
（３）投光用光ファイバおよび受光用光ファイバの先端
面が汚れやすく、使用期間の増大に伴い大きな測定誤差
を生じる。
面が汚れやすく、使用期間の増大に伴い大きな測定誤差
を生じる。
そこで本発明は、粒子の個数や状態の如何に拘らず、粒
径および速度を精度よく測定でき、しかも、長期にわた
って安定な測定機能を発揮できる上、粒径および速度を
同時かつ直接的に測定可能な粒径・速度測定方法および
その装置を提供することを目的とする。
径および速度を精度よく測定でき、しかも、長期にわた
って安定な測定機能を発揮できる上、粒径および速度を
同時かつ直接的に測定可能な粒径・速度測定方法および
その装置を提供することを目的とする。
本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じた。
のような手段を講じた。
第１に、粒子の流れの中に配置された検出部材に粒子が
衝突した時に発生する超音波衝突音を検出し、検出され
た衝突音信号のレベルと検出時間幅とから粒子の粒径と
速度を求めるようにした。
衝突した時に発生する超音波衝突音を検出し、検出され
た衝突音信号のレベルと検出時間幅とから粒子の粒径と
速度を求めるようにした。
第２に、粒子の流れの中に挿入される筒状のプローブ本
体と、このプローブ本体に音響的に絶縁して取付けられ
、一端が前記粒子の流れに対面し他端面が前記プローブ
本体内に突出すように設けられた検出部材と、この検出
部材のｌｌ！！端面に接着された圧電素子と、この圧１
ｍ子の出力信号のレベルと検出時間幅を求める信号処理
器と、この信号処理器により求めた信号レベルと検出時
間幅に基いて衝突粒子の粒径と速度とを演算する演算器
とを具備した。
体と、このプローブ本体に音響的に絶縁して取付けられ
、一端が前記粒子の流れに対面し他端面が前記プローブ
本体内に突出すように設けられた検出部材と、この検出
部材のｌｌ！！端面に接着された圧電素子と、この圧１
ｍ子の出力信号のレベルと検出時間幅を求める信号処理
器と、この信号処理器により求めた信号レベルと検出時
間幅に基いて衝突粒子の粒径と速度とを演算する演算器
とを具備した。
このような手段を講じたことにより、次のような作用を
生じる。すなわち、粒子が検出部材に衝突すると超音波
衝突音が発生するが、この衝突音の検出信号中にはその
レベルの大小と、信号が変化を生じている時間的要素が
含まれている。そして上記信号レベルの大小は粒子の衝
突力（粒径×速度）に関係しており、また検出時間幅は
粒径と速度との比（粒径７／速度）に関係している。
生じる。すなわち、粒子が検出部材に衝突すると超音波
衝突音が発生するが、この衝突音の検出信号中にはその
レベルの大小と、信号が変化を生じている時間的要素が
含まれている。そして上記信号レベルの大小は粒子の衝
突力（粒径×速度）に関係しており、また検出時間幅は
粒径と速度との比（粒径７／速度）に関係している。
したがって前記第１の手段を講じることによって、粒径
と速度とが同時にしかも直接的に測定可能となる。
と速度とが同時にしかも直接的に測定可能となる。
また第２の手段を講じることによって、測定誤差がなく
、精度のよい測定を長期にわたって安定に行なえる装置
が得られる。
、精度のよい測定を長期にわたって安定に行なえる装置
が得られる。
〔実施例〕
第１図および第２図は本発明の第１実施例を示す図で、
第１図は水滴粒径・速度測定装置のプローブの縦断面と
信号処理系の接続配置とを示す図であり、第２図は作用
説明図である。
第１図は水滴粒径・速度測定装置のプローブの縦断面と
信号処理系の接続配置とを示す図であり、第２図は作用
説明図である。
第１図において、１１はプローブ本体、１２は検出部材
である。検出部材１２はプローブ本体１１に対し＄８縁
材１３を介して取付けられており、プローブ本体１１と
は音響的に絶縁されている。
である。検出部材１２はプローブ本体１１に対し＄８縁
材１３を介して取付けられており、プローブ本体１１と
は音響的に絶縁されている。
１４は圧電素子であり、検出部材１２の内方端に接着さ
れている。１５はリード線であり、圧Ｎ素子１４の信号
をプローブ本体外へ導出する。１６は前記プローブ本体
１１の外部に設置された増幅器、１７は信号処理器、１
８は演算器である。
れている。１５はリード線であり、圧Ｎ素子１４の信号
をプローブ本体外へ導出する。１６は前記プローブ本体
１１の外部に設置された増幅器、１７は信号処理器、１
８は演算器である。
第２図の作用説明図は、水滴１０が検出部材１２に衝突
したときに検出される超音波衝突音のレベルと時間の関
係を示している。第２図において、Ａは検出部材１２に
水滴１０が衝突した瞬間を示し、Ｂは水滴が半分つぶれ
た状態を示し、Ｃは水滴が全部つぶれた状態を示してい
る。
したときに検出される超音波衝突音のレベルと時間の関
係を示している。第２図において、Ａは検出部材１２に
水滴１０が衝突した瞬間を示し、Ｂは水滴が半分つぶれ
た状態を示し、Ｃは水滴が全部つぶれた状態を示してい
る。
水滴１０が検出部材１２に衝突すると、超音波衝突音が
発生し、これが圧電素子１４の検出電圧Ｅとして取出さ
れる。この検出電圧Ｅは超音波衝突音のレベル変化に応
じてａ、ｂ、ｃのように変化する。そこで衝突開始Ａか
ら衝突終りＣまでの時間を６丁とし、水滴速度をｖｐ、
水滴粒径をＤｐとすると、これらの間には次式の関係が
成り立つ。
発生し、これが圧電素子１４の検出電圧Ｅとして取出さ
れる。この検出電圧Ｅは超音波衝突音のレベル変化に応
じてａ、ｂ、ｃのように変化する。そこで衝突開始Ａか
ら衝突終りＣまでの時間を６丁とし、水滴速度をｖｐ、
水滴粒径をＤｐとすると、これらの間には次式の関係が
成り立つ。
ΔＴ−Ｄｐ／Ｖｐ’ ［ｓｅｃ］ −（１）ま
た、水滴の衝突音の最大値ＥｍはＤｏおよびＶｐのｒＪ
Ｊ数として次式で表わされる。
た、水滴の衝突音の最大値ＥｍはＤｏおよびＶｐのｒＪ
Ｊ数として次式で表わされる。
Ｅｍ＝ｆ （Ｄｏ、ｖｐ） 口ＶＯＬＴ］・・・（
２） （１）、（２）式より、水滴粒径Ｄｐは次式で求まる。
２） （１）、（２）式より、水滴粒径Ｄｐは次式で求まる。
Ｄｐ−（Ｅｍ ｘΔＴ）０５［ｍ］ ・ （３）ま
た、水滴速度ｖｐは次式で求まる。
た、水滴速度ｖｐは次式で求まる。
Ｖｐ＝ （Ｅｍ／ΔＴ ）０５Ｃｍ、／ Ｓ ］ ・（
４）上記の水滴の衝突音の検出時間幅すなわち詩間的変
化目Δ丁およびレベルの最大値Ｅｍを信号処理器１７で
求め、これらに基いて演算器１８で所定の演算を行なう
ことにより、水滴粒径Ｄｐと水滴速度Ｖρとが即時に求
められる。
４）上記の水滴の衝突音の検出時間幅すなわち詩間的変
化目Δ丁およびレベルの最大値Ｅｍを信号処理器１７で
求め、これらに基いて演算器１８で所定の演算を行なう
ことにより、水滴粒径Ｄｐと水滴速度Ｖρとが即時に求
められる。
第３図は本発明の第２実Ｍ例を示す図である。
この実施例は検出部材１２をプローブ本体１１の同一横
断面上に複数個設け、これに応じて信号処理系も３系統
設けることにより各検出部材１２に衡突した水滴の数か
ら、水滴の流れ方向を測定できるようにした実施例であ
る。
断面上に複数個設け、これに応じて信号処理系も３系統
設けることにより各検出部材１２に衡突した水滴の数か
ら、水滴の流れ方向を測定できるようにした実施例であ
る。
また第４図は本発明の第３実施例を示す図である。この
実施例はプローブ本体１１の軸方向に検出部１２を複ｒ
Ｉ１個（本例では４個）並べて設け、軸方向の粒径分布
および速度分布を同時に測定できるようにした実施例で
ある。
実施例はプローブ本体１１の軸方向に検出部１２を複ｒ
Ｉ１個（本例では４個）並べて設け、軸方向の粒径分布
および速度分布を同時に測定できるようにした実施例で
ある。
なお本発明は上記各実施例に限定されるものではない。
例えば、検出部材１２の水滴衝突面の形状は平面のみな
らず、音響特性を良好にする形状を任意に選定すればよ
い。また材質も金属のほか摩耗性に優れたセラミック等
を用いるようにしてもよい。さらに、プローブ本体１１
の形状は円筒のほか三角箇、四角筒等のように多角筒で
あってもよい。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
らず、音響特性を良好にする形状を任意に選定すればよ
い。また材質も金属のほか摩耗性に優れたセラミック等
を用いるようにしてもよい。さらに、プローブ本体１１
の形状は円筒のほか三角箇、四角筒等のように多角筒で
あってもよい。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
〔発明の効果）
本発明によれば、検出部材に粒子が衝突したときに発生
する超音波衝突音を検出し、その検出信号のレベルと検
出時間幅とから曽径と速度を求めるようにしたので、従
来の光学式の欠点である測定空間内の粒子の巾なりや、
および複数側の投影面積の累積による誤差が完全に除去
され、精度よく測定でき、しかも光学式のように検出部
の汚れによる悪影響を受けないので、パージまたはクリ
ーニング等が不要で、長期にわたり連続的に測定が可能
である上、粒径と速度とを同時かつ直接的に測定可能な
粒子の粒径・速度測定方法および装置を提供できる。
する超音波衝突音を検出し、その検出信号のレベルと検
出時間幅とから曽径と速度を求めるようにしたので、従
来の光学式の欠点である測定空間内の粒子の巾なりや、
および複数側の投影面積の累積による誤差が完全に除去
され、精度よく測定でき、しかも光学式のように検出部
の汚れによる悪影響を受けないので、パージまたはクリ
ーニング等が不要で、長期にわたり連続的に測定が可能
である上、粒径と速度とを同時かつ直接的に測定可能な
粒子の粒径・速度測定方法および装置を提供できる。
第１図は本発明の第１実流例としての水滴粒径・速度測
定装置の構成図、第２図は同実施例の作用説明図、第３
図は本発明の第２実施例の構成を示す図、第４図は本発
明の第３実施例の構成を示す図である。第５図は従来例
の構成を示す図、第６図は同従来例の作用説明図である
。 １０・・・水滴、１１・・・プローブ本体、１２・・・
検出部材、１３・・・絶縁材、１４・・・圧電素子、１
５・・・リード線、１６・・・増幅器、１７・・・信号
処理器、１８・・・演算器。 第１図 ［Ａ］ ［８］ ｆ：ｏ］第２図 第５図 第６図
定装置の構成図、第２図は同実施例の作用説明図、第３
図は本発明の第２実施例の構成を示す図、第４図は本発
明の第３実施例の構成を示す図である。第５図は従来例
の構成を示す図、第６図は同従来例の作用説明図である
。 １０・・・水滴、１１・・・プローブ本体、１２・・・
検出部材、１３・・・絶縁材、１４・・・圧電素子、１
５・・・リード線、１６・・・増幅器、１７・・・信号
処理器、１８・・・演算器。 第１図 ［Ａ］ ［８］ ｆ：ｏ］第２図 第５図 第６図
Claims (2)
- （１）粒子の流れの中に配置された検出部材に粒子が衝
突した時に発生する超音波衝突音を検出し、検出された
衝突音信号のレベルと検出時間幅とから粒子の粒径と速
度を求めることを特徴とする粒子の粒径・速度測定方法
。 - （２）粒子の流れの中に挿入される筒状のプローブ本体
と、このプローブ本体に音響的に絶縁して取付けられ、
一端が前記粒子の流れに対面し他端面が前記プローブ本
体内に突出すように設けられた検出部材と、この検出部
材の他端面に接合された圧電素子と、この圧電素子の出
力信号のレベルと検出時間幅を求める信号処理器と、こ
の信号処理器により求めた信号レベルと検出時間幅に基
いて衝突粒子の粒径と速度とを演算する演算器とを具備
したことを特徴とする粒子の粒径・速度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12423286A JPS62280634A (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 粒子の粒径・速度測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12423286A JPS62280634A (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 粒子の粒径・速度測定方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62280634A true JPS62280634A (ja) | 1987-12-05 |
Family
ID=14880245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12423286A Pending JPS62280634A (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 粒子の粒径・速度測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62280634A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07301594A (ja) * | 1994-04-01 | 1995-11-14 | Ngk Insulators Ltd | センサ素子及び粒子センサ |
| JPH1030981A (ja) * | 1996-05-16 | 1998-02-03 | Ngk Insulators Ltd | 粒子センサ |
| JP2007303847A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Civil Engineering Research Laboratory | 流砂の粒径分布推定方法および粒径分布推定装置 |
| JP2008014879A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 液滴径および液滴含有率の取得方法 |
| WO2023140260A1 (ja) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 粒度推定方法及び粒度推定装置 |
-
1986
- 1986-05-29 JP JP12423286A patent/JPS62280634A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07301594A (ja) * | 1994-04-01 | 1995-11-14 | Ngk Insulators Ltd | センサ素子及び粒子センサ |
| JPH1030981A (ja) * | 1996-05-16 | 1998-02-03 | Ngk Insulators Ltd | 粒子センサ |
| JP2007303847A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Civil Engineering Research Laboratory | 流砂の粒径分布推定方法および粒径分布推定装置 |
| JP2008014879A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 液滴径および液滴含有率の取得方法 |
| WO2023140260A1 (ja) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 粒度推定方法及び粒度推定装置 |
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