JPS62500470A - 液体の流速測定装置 - 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】 絶縁流体の流れの測定 〔発明の背景〕 本発明は流体の質量（ｍａｓｓ　）流れ測定に関し、特にジェット航空機の燃料 、ロケット燃料と酸化剤、一般的に冷凍剤の測定に関係して利点を有する。本発 明は我々発明者の発見を具体化するものであって、この発明は、このような流体 および、また流体の運ぶ固体粒子媒体（ここに粒子は本質的に非導電性である） の本来備わっている電荷発生の輸送現象が流体の速度を測定する手段として、お よびこのような有効な利用を行うだめの方法の段階および装置に関する我々の別 の発明と発見として有効に使用することのできるものである。

摩擦電気効果は、２種の材料が相互にすり合わされた場合に静電荷を発生する機 械作用である。貯蔵された電荷は１粒子と流体内において流れている流れにおけ る流れのみにより発生し得るもので、荷電された流れは読出し可能な電流または 電圧信号を流れに沿って付与し得るものである。

本発明の主要な目的とする所は、上に説明したように流体の速度と質量流れを測 定する手段を提供することにある。

本発明の別の目的は、摩擦電気効果を利用してこのような流体の信頼性のある、 正確なおよび校正可能な測定の実現を含むものである。

〔発明の概要〕

低温液化ガスが管を流れる場合に、流体は摩擦電気効果によって管壁から電荷を 無作為に捉える。このような電荷は流体内の原子や分子に接着されて適切な時間 の周期の間相対運動なしに流体とともに移動する。しだがって流体は無作為に移 動する帯電した誘電媒体となり、この媒体はセンサ内に流体を測定することの可 能な独特の電圧対時間信号を発生する。

同様の電荷利用効果は気体を含んだ粒子流に適用される。管壁に配置された一対 のセンサ電極（一方が他方の上流にある）は、流体の荷電部分が電極を越えて移 動する時に誘起した電圧を測定する。電荷は流体とともに移動するから、下流セ ンサにおける電圧波形は上流センサにおける同様の無作為電圧波形の時間遅れし たものである。この同一性は、流体とそれに印加される電荷の若干の特性にその 長さが依存する狭い範囲の距離の内部においてのみ真実である。二つの信号の間 の時間遅れを決定するために、センサからの電圧はＡ／Ｄコンバータにより標本 化され、マイクロプロセッサのメモリ内に貯蔵される。二つの信号間の時間遅れ は、メモリ内の２組のデータに関するディジタル相互相関を実施することにより 決定される。時間遅れが与えられれば、センサ間距離は既知であるから、速度は 容易に計算される。

相互相関は相互に関して時間変位している２個の信号間の時間遅れを見出すのに 使用される。相関の計算は２個の信号の標本をとり、他方に関し一方を偏移させ ることにより標本を処理し、相互にそれらを乗算し、結果の平均をとる手法から 成るものである。入力信号がランダム（無作為）（即ち周期的でない）であれば 、相互相関の値は、生じた相関の遅れが最初の時間分離を消滅する壕で小さい値 に維持される。これが生じると、相互相関は最大値に達するが、それは二つの信 号がその時に等しくなり、相関のプロセスが信号をそれ自身に有効に乗算し、し たがって最初の信号の平均自乗値を計算する。この尖頭値は相関とその位置（相 互に関連して２個のセンサにおいて生じた波形の時間推移の目盛上の）最大値の 可能な結果であり、したがって速度計算用の時間遅れ（即ち上流センサから下流 センサまでの流れの運動）を同一に扱うものである。安い高速ディジタル乗算器 とアナログ・ディジタル変換器の利用可能性はディジタル相互相関それ自体を簡 単にして率直なプロセスにするものである。

他の目的、特徴および利点は添附図面に関連する好適な実施例についての以下の 詳細な説明から明らかであろう。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は本発明の好適な実施例に従って製作さねた装置を表わすもので、パイプ 内の２個のセンサを示すブロック図と関係する制御装置のブロック図である； 第２図は第１図装置の２個の距ったセンサ要素に関してとられた電流対時間のト レースである；そして第３図は２個のセンサに関連した波形の時間推移の流れ図 である。

〔好適な実施例の詳細な説明〕

さて第１図を参照すれば、距離りだけ距った距離を距てた電極１２と１４を有す るパイプ形状の流量径路１０（流体の流量Ｆに対して）を具備する本発明を実施 するだめの装置の好適な実施例が示されている。読出し回路１６が両電極に対し 設けられている。

各電極はパイプの包囲構造体から電気的に絶縁されて、誘電体を含む流体に対し て制御用コンデンサを形成する。回路１６を通って得ることの可能な平滑なアナ ログ信号は、アナログ／ディジタル変換器と、ディジタル乗算器、メモリ、高速 Ｉ／Ｕと比較器セグメントを含む中央信号処理装置などに送らハる。

第２図は＠１図装置の回路「パイプライン」において確立された電ＥＥまたは電 流（負荷抵抗を介して）を使用した相互相関処理方法の流れ図である。２個の電 極の集約さねた振幅の時間範囲にわたっての波形は標本化され乗積さねで、上剥 から予め設定された数の推移が一定範囲の経過時間のすべてをおおうようにされ る壕で反覆繰返されるプロセスにおいて推移され乗算される。例えば上流におけ るデータ値は、１．２．３．４．５．６．７．８．９゜１０ミリ秒後にとられた 第２の電極におけるデータ値により乗算され、メモリに貯蔵され得る。メモリの 積の貯蔵は、経過時間により決定されるような尖頭値をもつ三角形の形状をもつ ことになる。例えば ケース（ａｌの場合、経過時間は５ミリ秒で、ケース（ｂ）の場合は３ミリ秒で あり１両方とも乗積用のｅ−りを表わす三角形により示されている。

この方法は波形間の最大値の一致が最大値の乗積を生ずるという事実を利用して いる。

第３図は下流側電極に生じた電気的読出しの電圧（即ち適切な負荷抵抗器を通っ た電流）を備えた第一の波形ＷＦ−１の波形を示す。このような波形はそれぞれ 尖頭値（Ａ＋　、　（Ｂ　、　（Ｃ）を有し、これらの尖頭値は短い経過時間の 期間、即ち含まれる流れ条件に依存して数ミリ秒から数秒までの期間にわたって 、二つの波形の対応するこのような尖頭値の間に強力な相関を有している。

このような短い期間にわたっての速度変化は無視し得るもので、したがって２つ の波形の相互相関の尖頭値（Ａ）　、　（Ｂｌ　、　（Ｃ１の間のデルタΔＴは 、見掛は止定数もしくは直線的に（または新たに直線的に）変化する量として現 われるもので、この変化量は平均化し得るもので、それによって廉価な電子的読 出し装置、簡単なプログラム用命令を用いて、また適度のデータ緩衝（ｂｕｆｆ θｒ−１ｎｇ　）と記憶の要求を備えた信頼度の高い読出し装置を与えるもので ある。

さて当該技術者に明らかとなることは、他の実施例、改良、詳細および使用が先 の開示のレターと精神とに矛盾することなく、この特許の範囲内で行われること であシ、これは同一内容の原則を含み、特許法に従って解釈される次の特許請求 の範囲によってのみ制限されるものである。

ＦＩＧ　／ ＩＧ　３ 国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．流れ経路における（電気的に）非伝導性の流れる流体の測定装置であって、 （ａ）電荷伝送誘起による電圧一時間のトレースを発生するための前記流れ経路 における第１の手段；（ｂ）第１の手段の下流にあって、電荷伝送誘導による電 圧一時間のトレースを発生するための、前記流れ経路における第２の手段； （ｃ）包囲構造体から電気的に絶縁された流れ経路における前記第１および第２ の手段を装着する手段；（ｄ）前記通路と前記第１および第２の手段を通過する 極低温流体の流れセグメントを発生したクロス相関用電圧一時間追跡用手段； （ｅ）前記第１および第２の手段において相関関係した電圧一時間のトレースの 出現の間の時間間隔を決定しかつ距離／時間の商として速度を発生するための手 段；とを具備する測定装置。
2. ２．クロス相関手段が時間間隔決定用手段の部分として利用される請求の範囲第 １項記載の装置。
3. ３．前記手段が流れストリームに近接するが、流れストリームの内部にない電極 を具備する請求の範囲第１項記載の装置。
4. ４．与えられた時間スパンにおいて乗算を比較しそして与えられた時間推移と相 関関係にある最大のこのような積を決定する各このような推移により確立される ような整列されたトレースを互いに関して繰り返し乗算する時間推移電圧一時間 トレース手段を前記クロス相関器は含んでおり、該手段によりこのような推移は その時に有力な流れ速度で上流センサから下流センサにまでの時間間隔流れとし て信頼度をもつて確立される、請求の範囲第１項記載の装置。