JPH01148913A - リング渦流量計 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はリング渦流量計、特に超音波送受信器を渦周
波数検出部として正確に流速・流量を測定する流量計に
関する。

〔従来の技術］ 適当な速さで流れている流体中に柱状物体を置くと、物
体の左右両側から交互に反対向きの渦、すなわちカルマ
ン渦が発生する。この渦の単位時間当りの発生数（以下
、渦発生周波数と、いう）は流体の流速に比例している
。したがって被測定流体の流れる管内に渦発生体を配置
して、発生した渦の渦発生周波数を検出することにより
被測定流体の流速・流量を測定することができる。この
原理を利用した流量計は例えば特開昭５（１−２２９８
３号公報に開示されている。

第６図は上記公報に示された従来のリング渦を利用した
流量計の概略構成を示し、第６図において１は風胴１３
内に配置したリング状の渦発生体、１４は熱線風速計、
１５は渦発生体１を風胴１３の中央に保持するワイヤ、
１Ｂは錘りである。

上記のように構成した流量計の動作を渦発生体１を断面
して示した第７図を参照して説明する。

風胴１３内にリング状の渦発生体１と垂直方向の流体が
流れると、渦発生体１の後方にリング渦列が発生する。

このリング渦列により第７図の領域Ａで示す渦発生体１
の後方で安定な流速変動又は圧力変動が測定可能な部分
と、領域Ｂで示す渦発生体１の後方中央で最も安定な流
速変動又は圧力変動の測定に適した部分とを形成する。

この領域Ｂに熱線風速計１４を配置して、リング渦列に
よる流速変動又は圧力変動を測定し、渦発生周波数を検
出して測定流体の流速・流量を測定する。

上記流量計はリング状の渦発生体１を使用することによ
り広い範囲でより安定した渦を発生させることができ、
このため柱体の渦発生体を使用した流量計に比べて流速
・流量の測定精度を高めることができる。特に軸対称の
流速分布を有する円管内を流れる流体の流速測定におい
ては、リング状の渦発生体１を等流速度の流体中に設置
するため周波数と位相のそろった安定な渦が発生して、
円周方向の平均的な流速を測定できる。したがって流速
測定にあたり流速分布の乱れの影響を受けにくいという
利点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記従来のリング渦流量計においては渦発
生体１の後方中央部の流体変動又は圧力変動が最も安定
する領域Ｂに例えば熱線風速計１４からなる渦周波数検
出装置を配置するため、その保持構造が複雑となり信頼
性、保守性に劣るという問題点があった。

また、流速変動、圧力変動を安定に検出できる領域Ｂが
限定されているため、流れの乱れの影響を受は易く正確
な流速・流量のＡｐＪ定が不可能となる場合があるとい
う問題点があった。

また、例えば熱線風速計１４をリング渦列内に配置する
ため、リング渦列の周期性を乱して正確な流速・流量の
測定が困難となる問題点があった。

また、熱線風速計１４は流速変動に対する感度が良いた
め、流速変動信号以外に乱流成分信号も検知し、したが
ってＳ／Ｎ比が悪くなるという問題点があった。

さらに、熱線風速計１４は熱線部が断線し易く、信頼性
、耐久性に劣るという問題点もあった。

この発明はかかる諸問題点を解決するためになされたも
のであり、正確に流速・流量が測定することができるリ
ング渦流量計を得ることを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るリング渦流量計はリング状渦発生体と一
組の超音波受信器からなる渦周波数検出部とを備えてい
る。

リング状渦発生体は流体の流れる管路内部に、管路軸と
垂直に配置しである。また−組の超音波送受信器はリン
グ状渦発生体後方を超音波ビームが管路軸となす角θが
４５°≦θ≦８５°の範囲で斜めに透過するように管路
の対向する位置に配置しである。

［作　用］ この発明においては、リング状渦発生体によって生じる
軸対称の渦に超音波ビームを斜めに透過することにより
、超音波信号がリング渦列による変調を受けることがで
きる。

また、超音波ビームと管路軸とのなす角θの範囲を４５
＠≦θ≦８５″とすることにより、超音波信号はリング
渦列の内・外側の渦輪が通過する毎に一周期の正弦波状
の変調を受ける。したがって、この変調を受けた超音波
信号から渦発生周波数を検出することにより上記問題点
を解決することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図であり、第１
図において１はリング状の渦発生体であり、渦発生体１
は被測定流体の流れる管路２内に、管路軸Ｘと垂直にな
るように支持部６で固定している。３は超音波送信器、
４は超音波受信器であり、超音波送・受信器３，４は超
音波ビームが管路軸Ｘと角度θをなして渦発生体１の後
方を透過するように管路１の対向する位置に配置しであ
る。

なお、この実施例では超音波送・受信器３，４の送・受
信部は被測定流体に接するように管路１内部に設けであ
る。５は管路１内に流体が流れると渦発生体１の後方に
発生するリング渦列、７は被測定流体の流れ方向である
。

上記のように構成したリング渦流量計の動作を説明する
にあたり、まずこの実施例の原理を説明する。管路２内
に矢印７方向に被測定流体を流すと、リング状渦発生体
１の後方には軸対称なリング渦列５が発生する。このリ
ング渦列５は内側と外側の渦輪が１８０°の位相差でな
く、かつ流速ベクトルは渦輪の外側より内側の方が大き
く形成される。第２図は主流上からリング渦列５を観察
した場合の渦列の流速ベクトル図である。

一般に渦発生体がリング状渦発生体１でない場合には、
渦は渦発生体の左右側面から交互に発生するので、超音
波ビームを管路軸に対して垂直に透過すれば流速変動を
検出することができて渦発生周波数を検出することがで
きる。

しかし、広い範囲で安定した渦を発生させるために、リ
ング状渦発生体１を使用すると第２図に示すようにリン
グ渦列５が軸対称となるため、超音波ビーム８を管路軸
Ｘに垂直に透過すると流速変動の影響が軸対称の左右渦
輪によって打消されてしまい、渦発生周波数の検出が不
可能となる。

しかしながら、リング渦列５に超音波ビーム８を管路軸
Ｘに対し角度θをなすように斜めに透過することにより
、リング渦列５の軸対称性を利用して、リング渦列５の
内・外側の渦輪が通過する毎に１周期の正弦波状の変動
を超音波ビームで検出することができる。

第３図は超音波ビーム８と管路軸Ｘとのなす角θを変化
させた場合の超音波ビーム８によるリング渦列の検出波
形を、ｔＡ２図に示した流速ベクトル図より求めた波形
図であり、第３図においてａは角度θが４５”　、ｂは
角度θが６５°、Ｃは角度θが８５°の場合を示す。第
３図に示すように角度θが４５′≦θ≦８５″の範囲で
正弦波状の波形を得ることができて、超音波による渦発
生周波数の検出が可能となり、特に角度θが６５°付近
では振幅の大きい正弦波となり、渦発生周波数は最も検
出が行い昌くなる。

以下、この実施例により被測定流体の流速又は流量を検
出する場合の動作を第４図に示したブロック図に基いて
説明する。

管路２内に被測定流体を流すことによりリング状渦発生
体１の後方に軸対称のリング渦列５を発生させる。この
状態で発振器９にて超音波送信器３を駆動してリング渦
列５に超音波信号を送信する。一方この超音波送信器３
の駆動と同時に発振器９から位相比較器１１に基準電気
信号が送られる。

リング渦列５に送信された超音波信号はリング渦列５の
速度変調成分により変調され、変調された超音波信号は
超音波受信器４で受信されて電気信号に変換される。こ
のリング渦列５によって変調された電気信号が増幅器ｌ
Ｏで増幅された後、位相比較器１１に送られる。この変
調された電気信号と発振器９から送られた基準電気信号
とが位相比較器１１で比較されリング渦列５による位相
変調成分が取りだされる。この位相変調成分が周波数計
数器１２に送られて、リング渦列５の渦発生周波数が計
数されて出力信号として送り出される。この計数した渦
発生周波数により管路２内に流れる被測定流体の流速又
は流量を検出する。

以上説明したように、この実施例によるとリング状渦発
生体１後方の管路１の対向する位置に渦周波数検出部で
ある超音波送・受信器３．４を配置して流路内に渦周波
数検出部を挿入しないため、渦周波数検出部である超音
波送・受信器３，４の取付が容易となり、構造が簡単と
なり、信頼性。

保守性の向上を図ると共に、リング渦列５の周期性を乱
すことがなくなる。

また、超音波信号を管路軸Ｘに対して４５°≦θ≦８５
″の角度θで送信するため、渦発生周波数を高精度で検
出することができる。

また、超音波信号により管路２の直径方向の全行程で被
測定流体の流速変動を検出するため、流れの局部的な乱
れの影響を受は難く、かつランダムな流速変化をする乱
流成分信号は積分されて微弱となり、リング渦列５の流
速変動は積分されて大きくなるのでＳ／Ｎ比が良くなり
常に正確な流速・流量を測定することができる。

なお、上記実施例においては超音波送・受信器３．４の
送・受信部が被測定流体に接するように管路１内部に設
けた場合を示したが、第５図に示すように超音波送・受
信器３．４を管路１の外側に設けることにより送・受信
部を被測定流体に接しないようにしても上記実施例と同
様な作用効果を奏することができる。この場合は、超音
波送・受信器の取付けがより容易となり、耐久性、保守
性をより向上させることができる。

なお、上記実施例においては超音波を超音波送信器３か
ら超音波受信器４に対して斜めに上流側に送信する場合
について説明したが、超音波を逆に斜めに下流側に送信
しても上記各実施例と同様な作用効果を奏することがで
きる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、広い範囲で安定した軸
対称のリング渦列を発生させ、そのリング渦列に超音波
ビームを斜めに透過させることにより変調された超音波
信号で渦発生周波数を検出して流体の流速・流量を測定
するから、管路内に渦周波数検出部を挿入する必要がな
くなる。したがってリング渦列の周期性を乱すことがな
く、精度良く流速・流量を測定することができる。

また、超音波が管路の直径方向に全行程で流速変動を検
出するため、流れの局部的な乱れの影響やランダムな流
速変化を行なう乱流の影響を受は難く、かつ渦発生周波
数を高精度で検出できるからＳ／Ｎ比を良くすることが
できて正確な流速・流量を測定することができる。

さらに、渦周波数検出部である超音波送・受信器を管路
に取付けるため、構造が簡単となり耐久性、保守性の向
上を図ることができる効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２図は第１
図に示した実施例におけるリング渦列の流速ベクトル図
、第３図は超音波ビームと管路軸とのなす角θを変化さ
せた場合のリング渦列の検出波形図、第４図は第１図に
示した実施例のブロック図、第５図は他の実施例を示す
断面図、第６図は従来例の構成を示す斜視図、第７図は
従来例の作用を説明する断面図である。 １・・・リング状渦発生体、２・・・管路、３・・・超
音波送信器、４・・・超音波受信器、５・・・リング渦
列、９・・・発振器、ｌＯ・・・増幅器、１１・・・位
相比較器、１２・・・周波数計数器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流体の流れる管路内部にリング状渦発生体を管路軸と垂
   直に配置することにより流体に発生するリング渦列を検
   出して流体の流速又は流量を測定する流量計において、 上記リング状渦発生体後方で、超音波ビームが管路軸と
   なす角θが４５°≦θ≦８５°の範囲で斜めに透過する
   ように上記管路の対向する位置に配置した少なくとも一
   組の超音波送受信器からなる渦周波数検出部を備えたこ
   とを特徴とするリング渦流量計。