WO1981001877A1 - Compteur de courant a vortex de karman - Google Patents

Description

明 細

発明の名称

力 ル マ ン 渦流速計

技術分野

この発明は導管内を流れる測定流体中に渦発生柱 を設け、 その下流に発生 した カ ル マ ン渦の数 （ 発生 渦周波数 ） を超音波で検出 して流速ま たは流量を測 定する カ ル マ ン渦流速計に関する ものである

冃 乐技術

導管内に渦発生柱を設け、 その下流に発生 した力 ル マ ン渦の発生周波数を超音波で検出 して管内を流 れる流体の流速ま たは流量を測定する方法は実公昭 4 8— 1 7 0 1 0で提案されている。 この方法で力 ノレ マ ン 渦を検出する場合、 超音波発信器か ら発信された超 音波は流体中を伝播 し力 ル マ ン渦で変調され受信器 で受信される。 しか し流体の流速が低い場合には力

マ ン渦が弱 く したがって伝播する遛音波が受ける 変調の度合 も 小さい。 この為に低流速でのカ ル マ ン 渦の検出は困難である。 さ らに 自動車の吸入空気の 様に温度変化がひんぱんに生 じて S度む らの発生 し

OMPI 'え流体の流速を検出する場合には、 流体中を伝搬中 に超音波はカ ル マ ン渦で変調される以外に温度む ら に よ ]? 生 じる音速差に よ る変調を受ける。 この温度 むらに よ る変調に よ 力 ノレマ ン渦の検出が困難と ¾ る場合 も ある。

発明の開示

こ の発明は、 渦発生柱の下流側に発生す-る 力 ルマ ン渦列の流れを横切って超音波を伝播させる様に設 け られた超音波送信器と 、 カ ル マ ン渦に よ って変調 された超音波を受信する超音波受信器と の配置関係 を超音波送信器が超音波受信器 よ ]9 も上部側にな る 様に対向配置 した力 ル マ ン 渦流速計を提供する も の である。 この発明に よれば、 渦発生柱の上下を流れ る流体間には、 流体の温度む らに よ ])生 じる対流作 用を利用 した温度差、 または、 密度の異るる異質流 体を混入させて生 じた密度差がで き 、 温度の高い

( 又は密度の低い ） 上側に超音波送信器を、 温度の 低い （ 又は密'度の高い ) 下側に超音波受信器を設置 し、 上下両流体に よ 発生する 力 ノレ マ ン渦間で超音 波の伝播速度に変化を与え、 低流速における カ ル マ

O FI

V ^i?° ン渦の発生頻度検出を容易にでき る と い う 効果を奏 図面の簡単 ¾説明

第 1 図は この発明の一実施例を示す構成図、. 第 2 図、 第 3 図はそれぞれこの発明の異なる実施例を示 す構成図である。

発明を実施するための最良の形態

図中（1)は測定流体を流す為の導管、 （ は前記測定 流体の流れと略直角でかつ水平方向に延びて設け ら れた渦発生柱、 （³) (⁴)は該渦発生柱（²)に よ ]? 発生する カ ル マ ン渦、 （⁵)は前記導管（1) の上部に設け られた超 音波送信器、 （⁶)は発振回 、 （7)は前記送信器（⁵)に対 向 し前記導管（1) の下部に設け られた超音波受信器、 (⁸)は受信回路、 （⁹)は検出回路であ ]? 、 前記超音波送 信器（5)、 発振回路（6)、 超音波受信器（7)、 受信回路（8) 検出回路（⁹)に よ 超音波渦検出装置が構成されてい る。 （^は流体の取入れ口の導管であ J 吸入流体に対 流を起 こさせるのに役立つ、 （1 は上側を流れる暖た かい流体、 （1¾は下側を流れる冷たい流体である。

以上の構成において被測定流体 （ 例えば空気 ） が

〇Μ?Ι· , V IFO 取入れ口か ら導管 ( (1)内を矢印の方向へ流れる と 被 測定流体は渦発生柱（²)に よ カ ルマ ン渦（³) ( を発生 する。 超音波送信器 ）は発振回路（6)に よ ? .駆動され 超音波を受信器（⁷)に送信する。 この時、 前記測定流 体中を伝播する間に超音波は前記力 ルマ ン渦に よ

変調され受信器ひ）は変調された超音波を受信 し、 受 信回路（⁸)によ ]?増巾する。

超音波の受けた変調と は振幅変調、 周波数変調、 位相変調等であ Dそれ らの う ちの何れかを復調する 為の検出回路（⁹)に よ 前記カ レ マ ン渦の発生周波数 を検出する。

さて吸入される被測定流体に温度む らが無い場合 あるいは測定流体と導管 0 (1) と の間に温度差の無い 場合には渦発生柱（ の上側及び下側を流れる流体間 に温度差は無 く 、 超音波の受ける変調は上側の渦（³) に よ ]?音速を加速され.る方向、 下側の渦（⁴)に よ ]5音 速を減速される方向である。

次に測定流体に温度むらが存在する場合あるいは 流体と導管 あるいは（1) と の間に温度差が存在する 場合には被測定流体が所定の長さ を も つ導管 αο内を

一 ΟΜ?Ι ■

、 WIPO ， 進行中に対流作用に よ 暖たかい流体が上側を流れ る様に な る。 この為渦発生柱（²)の上側には主に暖た かい流体が下側には冷たい流体が層状に流れる様に る。 この様に渦発生柱（²)の両側に温度差が存在す る場合にはカ ル マ ン渦の基本原理に よ ]9 上側を流れ る暖かい流体は上側に生成されたカ ル マ ン渦（³)に流 れ込み、 下側を流れる冷たい流体は下側に生成され たカ ル マ ン渦（⁴)に流れ込む。 この様に右巻き の 力 ノレ マ ン渦（³) と左巻きの 力 ノレマ ン渦 ωの間に温度差を も たせる と 、 前記超音波の伝播速度が前記 カ ル マ ン渦 (³)及び（⁴)中を伝播する時に、 前述 した温度差の無い 時に比べて温度差に よ D生 じる変調分がさ らに加え られた も の と な ]?強い渦信号が検出でき る よ う にな る ο

こ で本来な らば温度む らに よ る変調に よ 渦信 号が乱される所を本発明では超音波送信器（⁵)を上側 へ 、 受信子 ）を下側へ設置する事に よ 逆に渦信号 を増強させる様に出来る効杲がある。

本発明は流体の対流を利用 して渦発生柱（ の上下 に温度差を持たせ、 超音波送信器（⁵)を上側に、 受信 - I?0 器 ）を下側に設置する様に した も ので こ の構成だけ で十分に効果があるが、 流体の対流作用を よ ])積極 的に作 ]9 出せばさ らに効果が期待出来る 。 第 2 図は 本発明の他の実施例を示す図で 、 図に いて ^は電 熱器、 ί22) 電源である。 第 1 図 と異 る点は電熱器 ' ）に よ J9吸入される流体を強制的に加熱 して温度む らを発生させ積極的に対流作用を作 ]? 出す所であ . 他の動作は第 1 図において説明 したと う 1) である。

この様に対流作用を作！） 出すこ と に よ 温度差の な

定常の流体の低流量時の渦の検出感度を増大する 事も 出来る。 第 2 図においては加熱手段に電熱器を 用いたが他の加熱手段を用いて も 、 又冷却器を用い て も 同様の劾臬を期待出来る。 さ らに比重 （ 密度 ） の異るる異質流体を電熱器 (21)の位置よ 混入させて も 、 その密度差に応 じて生ずる流体の上側 と 下側間 の音速の差は前述の温度差に よ つて生 じる音速の差 と全 く 同 じ も のであ ]? 同様の効果が期待出来る。

次に本発明を温度変化あるいは温度む ら を本貧的 に持ちあわせている 自 動車の吸入空気量の測定に用 いた第 3 図に示す実施例について説明する 。 図にお

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.', . wi?o いて（31)はェア ー ク リ ー ナ ケ ー ス 、 （32)はェ ア ー ク リ ー ナ ノ 一ズ、 ³)は ク リ ー ナエ レ メ ン ト （ 濾紙 ） である 自動車の吸入空気は過渡的な温度変化の状態で温度 差あるいは温.度む らを伴なった状態 と ¾ る場合が非 常に多い。 その様な空気がエア ク.リ ー ナ ノ ー ズ (32) よ 吸入され、 ク リ ーナエ レメ ン ト ³)の上流側で流速 が低下 し対流作用が効杲的に行なわれ上側 と下側 と の間に温度差を生 じて渦発生柱（²)の上側と下側へ流 入 'してゆ く 。 この場合に も前述 したの と 全 く 同 じ原 理で低流量時の渦の検出感度を増大する事が出来、 常に温度む らを持ち合わせている 自動車の吸入空気 量の測定等に非常に有効である。

又自動車の場合温度変化、 温度む らの原因と なつ て る ェ ン ジ ン の熱や冷却水温等を利用 して更に強 制的に加熱 し温度む らを発生させる こ と も でき る。 第 3 図の実施例の場合にヱァク リ ーナ ノ ー ズ (353の部 分を排気マ 二 ホ ー ル ドあるいは ラ ジ エ タ 一 の近 く に 配置 して強制加熱するだけで よ い。

以上の よ う に この発明は流体の温度あるいは密度 差に伴な う対流作用を有勃に利用 し、 超音波送信器 を上側に、 受信器を下側に設置する と言 う 極めて簡 単 ¾構成で、 渦発生柱の両側の被測定流体間に音速 差を も たせ、 低流速における カ ル マ ン渦の発生頻度 検出あるいは温度む らの存在する流体の低流速にお ける カ ル マ ン渦の発生頻度検出を容易に出来る に した も のであ ]) 、 低流速において も温度変化の過渡 状態におい-て も検出能力のす ぐれた力 ル マ ン渦流速 計を得る事が出来た。

産業上の利用可能性

こ の発明は導管内の流速ま たは流量を測定する 力 ル マ ン渦流速計に限 らず、 例えば自動車の吸入空気 量を測定する 力 ル マ ン 渦流速計に も 同様に適用され る

ο:.:?ι I^FO

Claims

請 求 の 範 囲

1. 対流に よ る層状流体が流れる導管の内部に該流

体の流れに略直交 して配設された渦発生柱、 こ の発

生柱の下流側に発生する カ マ ン 渦列の流れを横切

つて超音波を伝播させる様に設け られた超音波送信 _ 器と上記力 ル マ ン渦に よって変調された超音波を受

信する超音波受信器と を含む渦検出装置を備え、 上

記超音波送信器と受信器の配設関係を上記超音波送

信器が超音波受信器よ ]? も上部側にるる様対向配置

した事を特徵とする カ マ ン 渦流速計。

2. 渦発生柱の上流側に温度む らのある被測定流体

に対流を起こさせる導入通路を設けた こ と を特徴と

する請求の範囲第 1 項記載の カ ル マ ン 渦流速計。

3. 渦発生柱の上流側で被測定流体を加熱 して温度

む-らを発生させた こ と を特徵とする請求の範囲第 2

項記載の力 ル マ ン 渦流速計。

4. 渦発生柱の上流側で被測定流体を冷却 して温度

む らを発生させた こ と を特徵と する請求の範囲第 2

項記載の力 ル マ ン 渦流速計。

5- 渦発生柱の上流側で被測定流体に異質流体を混

C?,:?I _ 、 V.'IPO < 入させ被測定流体 と の密度差を利用 して対流を発生 させる こ と を特徵と する請求の範囲第 1 項記載の力 ル マ ン 渦流速計。

6. 上流側の導入通路と は 自動車のェア ー ク リ ーナ で あ 、 吸入された空気がク リ ーナ エ レメ ン ト （ 濾 紙 ） の上流側で対流に よ 上下の温度差を持つ様に 構成 した こ と を特徵とする請求の範囲第 2 項記載の 力 ル マ ン 渦流速計

c: :?i WIPO