JPH04218779A - 流体の流速監視方法及び装置 - Google Patents
流体の流速監視方法及び装置Info
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- JPH04218779A JPH04218779A JP3037194A JP3719491A JPH04218779A JP H04218779 A JPH04218779 A JP H04218779A JP 3037194 A JP3037194 A JP 3037194A JP 3719491 A JP3719491 A JP 3719491A JP H04218779 A JPH04218779 A JP H04218779A
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- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
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- G—PHYSICS
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- 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
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- G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
- G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
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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
【０００１】
【発明の背景】本発明は、導管内の流体の流れの測定に
関し、特に、流体に導通されたエネルギーの検出及び計
測による流れの測定に関するものである。
関し、特に、流体に導通されたエネルギーの検出及び計
測による流れの測定に関するものである。
【０００２】流体を横切る超音波のようなエネルギーの
ビームを検波し計測することによって、導管を通る流体
の流れを監視する方法は、従来から知られている。この
型式の周知技術の一つとして、障害物を流路中であって
、流体を通る超音波ビームの経路の上流側の位置に配置
するものがある。障害物は、流体の流速に拘わらず相互
間隔が一定の渦を発生し、そのような渦が超音波ビーム
を通過する際の周波数が、流速を示す。この原理を利用
した測定装置は、例えば、米国特許第３，６８０，３７
５号、第３，８８１，３５２号及び第３，８８６，７９
４号の明細書に開示されている。
ビームを検波し計測することによって、導管を通る流体
の流れを監視する方法は、従来から知られている。この
型式の周知技術の一つとして、障害物を流路中であって
、流体を通る超音波ビームの経路の上流側の位置に配置
するものがある。障害物は、流体の流速に拘わらず相互
間隔が一定の渦を発生し、そのような渦が超音波ビーム
を通過する際の周波数が、流速を示す。この原理を利用
した測定装置は、例えば、米国特許第３，６８０，３７
５号、第３，８８１，３５２号及び第３，８８６，７９
４号の明細書に開示されている。
【０００３】この技術手段を実施するためには、流体の
流れに渦ストラット（ｖｏｒｔｅｘ ｓｔｒｕｔ）のよ
うな障害装置の設置を必要とし、監視される流体が導管
を流れている場合において、ストラットの設置は、製造
コスト（流れ測定装置を既存のシステムに設置すべき場
合には改装コスト）を増加させることは理解されよう。 また、障害物ないしはストラットを用いずに、超音波エ
ネルギーを利用して導管内の流体の流れを監視する手段
、より詳細には、２つの超音波ビームを、流体の流れ方
向に沿って互いに隔てられた位置で、導管を横切らせる
手段も知られている。この構成で形成される２つの超音
波信号は適宜調整され、相互相関器に送られ、相互相関
器では、その信号を処理して所望の流速示度を形成する
。この装置は正確な結果を出すが、相互相関処理には長
時間を要し、流速が変化した時間と、その変化を表示す
る時間との間には相当の遅れがある。
流れに渦ストラット（ｖｏｒｔｅｘ ｓｔｒｕｔ）のよ
うな障害装置の設置を必要とし、監視される流体が導管
を流れている場合において、ストラットの設置は、製造
コスト（流れ測定装置を既存のシステムに設置すべき場
合には改装コスト）を増加させることは理解されよう。 また、障害物ないしはストラットを用いずに、超音波エ
ネルギーを利用して導管内の流体の流れを監視する手段
、より詳細には、２つの超音波ビームを、流体の流れ方
向に沿って互いに隔てられた位置で、導管を横切らせる
手段も知られている。この構成で形成される２つの超音
波信号は適宜調整され、相互相関器に送られ、相互相関
器では、その信号を処理して所望の流速示度を形成する
。この装置は正確な結果を出すが、相互相関処理には長
時間を要し、流速が変化した時間と、その変化を表示す
る時間との間には相当の遅れがある。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、流路に障害物を設ける必要が
なく、応答が高速となる態様で、流体の流れを監視する
ことを主目的としている。
なく、応答が高速となる態様で、流体の流れを監視する
ことを主目的としている。
【０００５】本発明の他の目的は、簡単で安価な回路に
より前記監視作業を行うことにある。
より前記監視作業を行うことにある。
【０００６】本発明の更に他の目的は、相互相関を用い
た監視装置に高速応答特性を持たせることにある。
た監視装置に高速応答特性を持たせることにある。
【０００７】本発明によれば、監視領域を画成する導管
部分であって、前記監視領域における流体の流れに大き
な影響を与え得る物理的障害物がない流路を内部に形成
している前記導管部分に、流体を流通させること、流体
に生ずる乱れによって変調される所定のエネルギービー
ムを、前記監視領域の前記流路を横切って伝送すること
、前記エネルギービームが前記流路を横切った後に、変
調された前記エネルギービームを前記監視領域の１つの
位置で検波して、該検波されたエネルギービームを表す
単一の電気信号を発生させること、及び、流体の乱れに
より生じた前記エネルギービームの変調を表示する態様
で、前記単一の電気信号を処理することにより、流体の
流速を監視する方法及び装置によって、上記及びその他
の目的は達成される。
部分であって、前記監視領域における流体の流れに大き
な影響を与え得る物理的障害物がない流路を内部に形成
している前記導管部分に、流体を流通させること、流体
に生ずる乱れによって変調される所定のエネルギービー
ムを、前記監視領域の前記流路を横切って伝送すること
、前記エネルギービームが前記流路を横切った後に、変
調された前記エネルギービームを前記監視領域の１つの
位置で検波して、該検波されたエネルギービームを表す
単一の電気信号を発生させること、及び、流体の乱れに
より生じた前記エネルギービームの変調を表示する態様
で、前記単一の電気信号を処理することにより、流体の
流速を監視する方法及び装置によって、上記及びその他
の目的は達成される。
【０００８】本発明による流速監視方法及び装置は、障
害物のない導管を通って流れる流体に固有の、或いは自
然に生ずる乱流が、その導管が極めて滑らかな壁面を有
していたとしても、流速を示すような形で超音波ビーム
を変調し得る、という本願発明者の発見を利用している
。特に、本願発明者は、自然に発生する乱流は、流速に
対して直接的にではあるが、必ずしも線形的とは限らな
い関係で、前記変調の大きさ及び周波数の両方を変化さ
せることを発見した。従って、前記変調の大きさのピー
クピーク値、実効値（ＲＭＳ値）又は修正された平均値
、或いは変調の周波数の内容が直接監視されて、その瞬
間の流速の即時利用可能な表示が得られる。流体の乱れ
により生ずる変調に関して、以下で周波数という言葉を
用いた場合、これは、周波数の内容に対する基準、即ち
、単一の周波数スペクトルの１つ以上の成分要素として
理解すべきである。
害物のない導管を通って流れる流体に固有の、或いは自
然に生ずる乱流が、その導管が極めて滑らかな壁面を有
していたとしても、流速を示すような形で超音波ビーム
を変調し得る、という本願発明者の発見を利用している
。特に、本願発明者は、自然に発生する乱流は、流速に
対して直接的にではあるが、必ずしも線形的とは限らな
い関係で、前記変調の大きさ及び周波数の両方を変化さ
せることを発見した。従って、前記変調の大きさのピー
クピーク値、実効値（ＲＭＳ値）又は修正された平均値
、或いは変調の周波数の内容が直接監視されて、その瞬
間の流速の即時利用可能な表示が得られる。流体の乱れ
により生ずる変調に関して、以下で周波数という言葉を
用いた場合、これは、周波数の内容に対する基準、即ち
、単一の周波数スペクトルの１つ以上の成分要素として
理解すべきである。
【０００９】また、乱流は、流体を横切る超音波エネル
ギー等の色々な形態のエネルギーの速度を変動させるの
で、本発明によれば、エネルギーの位相の変動を監視す
ることにより、その瞬間の流速を表示できる。これは、
例えば、変調された信号と、変調されていないエネルギ
ーに対応する信号とを、これら２つの信号の位相差に本
質的に比例する出力を発する装置に送信することにより
達成される。
ギー等の色々な形態のエネルギーの速度を変動させるの
で、本発明によれば、エネルギーの位相の変動を監視す
ることにより、その瞬間の流速を表示できる。これは、
例えば、変調された信号と、変調されていないエネルギ
ーに対応する信号とを、これら２つの信号の位相差に本
質的に比例する出力を発する装置に送信することにより
達成される。
【００１０】本発明の更に別の面によれば、上記の監視
技術手段の一方を相互相関監視手段と組み合わせること
で、相互相関技術本来の正確さを保持しつつ、流速の変
動に迅速に応答する出力信号が提供される。
技術手段の一方を相互相関監視手段と組み合わせること
で、相互相関技術本来の正確さを保持しつつ、流速の変
動に迅速に応答する出力信号が提供される。
【００１１】
【好適な実施例の説明】図１は、本発明を実施するため
の装置の第１実施例を示している。この装置は、構造が
単純であり、一般的な安価な回路装置により実施できる
ので、選ばれたものである。
の装置の第１実施例を示している。この装置は、構造が
単純であり、一般的な安価な回路装置により実施できる
ので、選ばれたものである。
【００１２】矢印４で示される方向に導管２内を流れる
流体を、指向性の超音波エネルギービーム６が横切って
いる。このビーム６は、オシレータ１０により駆動され
る超音波エネルギー送信トランスデューサ８によって発
生される。また、オシレータ１０は、好ましくは、振幅
及び周波数が固定された出力信号を発生する。ビーム６
における音波エネルギーは受信トランスデューサ１４に
より受信される。このトランスデューサ１４は、図示実
施例においては、送信トランスデューサ８から発せられ
るビーム６の経路に直接配置されている。
流体を、指向性の超音波エネルギービーム６が横切って
いる。このビーム６は、オシレータ１０により駆動され
る超音波エネルギー送信トランスデューサ８によって発
生される。また、オシレータ１０は、好ましくは、振幅
及び周波数が固定された出力信号を発生する。ビーム６
における音波エネルギーは受信トランスデューサ１４に
より受信される。このトランスデューサ１４は、図示実
施例においては、送信トランスデューサ８から発せられ
るビーム６の経路に直接配置されている。
【００１３】導管２内を流通する流体の乱れは、ビーム
の速度及び方向を変化させる。ビームの速度の変動は、
超音波エネルギーに位相変調を生じさせ、ビームの方向
の変動は、受信トランスデューサ１４に達する超音波エ
ネルギーに、振幅変調を生じさせる。受信トランスデュ
ーサ１４がビーム６本来の経路に配置されている図示実
施例において、ビーム６の偏向は、トランスデューサ１
４に達する超音波エネルギーの強度を減じる。周知の通
り、トランスデューサ１４は、ビーム６の通常の経路か
ら横方向に隔てられた位置に配置でき、かかる場合には
、ビームが受ける偏向は、トランスデューサ１４により
受信される超音波エネルギーを増加させるように働く。
の速度及び方向を変化させる。ビームの速度の変動は、
超音波エネルギーに位相変調を生じさせ、ビームの方向
の変動は、受信トランスデューサ１４に達する超音波エ
ネルギーに、振幅変調を生じさせる。受信トランスデュ
ーサ１４がビーム６本来の経路に配置されている図示実
施例において、ビーム６の偏向は、トランスデューサ１
４に達する超音波エネルギーの強度を減じる。周知の通
り、トランスデューサ１４は、ビーム６の通常の経路か
ら横方向に隔てられた位置に配置でき、かかる場合には
、ビームが受ける偏向は、トランスデューサ１４により
受信される超音波エネルギーを増加させるように働く。
【００１４】振幅及び位相、即ち速度が変調している元
の超音波ビームに対するトランスデューサ１４の応答を
構成しているトランスデューサ１４からの出力信号は、
適当に選ばれたゲインを有する増幅器を介して、例えば
ダイオード二乗復調器により構成される簡単な復調器１
８又は検波器に送られる。導管に関連される構造の振動
によって引き起こされるスプリアス信号要素の伝達を遮
断するために、単純なハイパスフィルターが、トランス
デューサ１４と増幅器との間の信号経路に配置されてい
る。このフィルターは、トランスデューサ１４の端末部
分として考えることもでき、変調により形成される低い
側波帯の通過を許容するよう、トランスデューサ８によ
り発せられた信号の周波数よりも十分に低い遮断周波数
を有している。
の超音波ビームに対するトランスデューサ１４の応答を
構成しているトランスデューサ１４からの出力信号は、
適当に選ばれたゲインを有する増幅器を介して、例えば
ダイオード二乗復調器により構成される簡単な復調器１
８又は検波器に送られる。導管に関連される構造の振動
によって引き起こされるスプリアス信号要素の伝達を遮
断するために、単純なハイパスフィルターが、トランス
デューサ１４と増幅器との間の信号経路に配置されてい
る。このフィルターは、トランスデューサ１４の端末部
分として考えることもでき、変調により形成される低い
側波帯の通過を許容するよう、トランスデューサ８によ
り発せられた信号の周波数よりも十分に低い遮断周波数
を有している。
【００１５】復調器１８により発せられる信号は、ロウ
パスフィルター２０に送られる。このロウパスフィルタ
ー２０は、超音波エネルギーの変調されていない周波数
（オシレータ１０により発せられる信号に対応している
）を表す信号要素を阻止するよう選ばれた特性を有して
いる。本発明による型式の装置において、オシレータ１
０により発せられる信号の周波数は、導管２を流れる流
体の乱れにより生ずる変調周波数よりも大幅に高い。従
って、フィルター２０からの出力信号は、その流体によ
り生ずる変調要素を本質的に含んでいる。この出力信号
は、導管２を流れる流体の乱れにより超音波エネルギー
に生ずる振幅変調を表す大きさと周波数を有している。 この信号は、時変ピーク値及び周波数特性の両方を有し
ており、そのいずれも、導管２を通る流体の乱れの度合
い、ひいてはその流体の速度を示す出力信号を提供する
ように、適当なインジケータ２４により測定され得るも
のである。従って、インジケータ２４としては、フィル
ター２０からの出力信号のピーク値、修正平均値若しく
は実効値を示すことのできる機器が好ましく、或いはま
た、その出力信号の周波数特性に応答する周波数インジ
ケータでも良い。
パスフィルター２０に送られる。このロウパスフィルタ
ー２０は、超音波エネルギーの変調されていない周波数
（オシレータ１０により発せられる信号に対応している
）を表す信号要素を阻止するよう選ばれた特性を有して
いる。本発明による型式の装置において、オシレータ１
０により発せられる信号の周波数は、導管２を流れる流
体の乱れにより生ずる変調周波数よりも大幅に高い。従
って、フィルター２０からの出力信号は、その流体によ
り生ずる変調要素を本質的に含んでいる。この出力信号
は、導管２を流れる流体の乱れにより超音波エネルギー
に生ずる振幅変調を表す大きさと周波数を有している。 この信号は、時変ピーク値及び周波数特性の両方を有し
ており、そのいずれも、導管２を通る流体の乱れの度合
い、ひいてはその流体の速度を示す出力信号を提供する
ように、適当なインジケータ２４により測定され得るも
のである。従って、インジケータ２４としては、フィル
ター２０からの出力信号のピーク値、修正平均値若しく
は実効値を示すことのできる機器が好ましく、或いはま
た、その出力信号の周波数特性に応答する周波数インジ
ケータでも良い。
【００１６】図２には、本発明を実施するための回路の
第２実施例が示されている。この回路は、流れている流
体の乱れによってトランスデューサ８からの超音波信号
に誘起される位相変動に基づき、流体の流れを測定する
ように構成されている。この実施例において、受信トラ
ンスデューサ１４からの出力信号は、調整可能なゲイン
を有するＲＦ増幅器３２を介して、位相検波器３４の入
力部の１つに送られる。位相検波器３４の他の入力部は
、オシレータ１０により発せられた信号を、オシレータ
減衰器３６を介して受信するように接続されており、こ
のオシレータ減衰器３６は、位相検波器３４に適用する
のに適したレベルにオシレータ出力信号を調整する。
第２実施例が示されている。この回路は、流れている流
体の乱れによってトランスデューサ８からの超音波信号
に誘起される位相変動に基づき、流体の流れを測定する
ように構成されている。この実施例において、受信トラ
ンスデューサ１４からの出力信号は、調整可能なゲイン
を有するＲＦ増幅器３２を介して、位相検波器３４の入
力部の１つに送られる。位相検波器３４の他の入力部は
、オシレータ１０により発せられた信号を、オシレータ
減衰器３６を介して受信するように接続されており、こ
のオシレータ減衰器３６は、位相検波器３４に適用する
のに適したレベルにオシレータ出力信号を調整する。
【００１７】位相検波器３４からの出力信号は、オシレ
ータ１０により発振された信号の位相に対するトランス
デューサ１４からの出力信号の位相の変動の関数として
、その大きさ及び周波数が変化する。
ータ１０により発振された信号の位相に対するトランス
デューサ１４からの出力信号の位相の変動の関数として
、その大きさ及び周波数が変化する。
【００１８】位相検波器３４からの出力信号は、ロウパ
スフィルター４０を通される。このロウパスフィルター
４０は、オシレータ１０の周波数での信号要素及びその
信号の有効調波を取り除く。その結果として得られた出
力信号は、次に、低周波増幅器４２を介して、電圧モニ
ター４４に伝えられる。電圧モニター４４は、位相検波
器３４により形成された出力信号の大きさを示す出力読
取り値又は信号を発する。モニター４４は、ピークピー
ク電圧値、実効電圧値或は修正平均電圧値を示すことが
できる適宜な型式の電圧計、或は、これらの電圧値の１
つを表す出力信号を発する電圧監視回路とすることがで
きる。
スフィルター４０を通される。このロウパスフィルター
４０は、オシレータ１０の周波数での信号要素及びその
信号の有効調波を取り除く。その結果として得られた出
力信号は、次に、低周波増幅器４２を介して、電圧モニ
ター４４に伝えられる。電圧モニター４４は、位相検波
器３４により形成された出力信号の大きさを示す出力読
取り値又は信号を発する。モニター４４は、ピークピー
ク電圧値、実効電圧値或は修正平均電圧値を示すことが
できる適宜な型式の電圧計、或は、これらの電圧値の１
つを表す出力信号を発する電圧監視回路とすることがで
きる。
【００１９】図２に示される第２実施例の変形として、
モニター４４は、位相検波器３４からの出力信号の周波
数を表す読取り値を出力する電子カウンターとすること
もできる。クリップされた信号の平均零交叉周波数が、
例えば、出力として使用され得る。
モニター４４は、位相検波器３４からの出力信号の周波
数を表す読取り値を出力する電子カウンターとすること
もできる。クリップされた信号の平均零交叉周波数が、
例えば、出力として使用され得る。
【００２０】試験を行った結果、位相検波器３４からの
出力信号の実効値と周波数とは、流速が増すにつれて増
加することが分かった。実効電圧はほぼ線形的に変動し
、他方、周波数の変動は非線形的であることが分かった
。
出力信号の実効値と周波数とは、流速が増すにつれて増
加することが分かった。実効電圧はほぼ線形的に変動し
、他方、周波数の変動は非線形的であることが分かった
。
【００２１】図３は、本発明の特徴である高速応答性と
、相互相関装置の特徴である正確性とを有する出力信号
を発するように、従来の相互相関型流量計が組み合わさ
れた本発明の実施例を示している。この装置は２つの超
音波信号ユニットから成り、各ユニットは、送信トラン
スデューサ５０、５２と、受信トランスデューサ５４、
５６と、対応の送信トランスデューサに接続されたオシ
レータ５８、６０とを、それぞれ含んでいる。
、相互相関装置の特徴である正確性とを有する出力信号
を発するように、従来の相互相関型流量計が組み合わさ
れた本発明の実施例を示している。この装置は２つの超
音波信号ユニットから成り、各ユニットは、送信トラン
スデューサ５０、５２と、受信トランスデューサ５４、
５６と、対応の送信トランスデューサに接続されたオシ
レータ５８、６０とを、それぞれ含んでいる。
【００２２】各受信トランスデューサ５４、５６は、対
応の位相検波器６２、６４の入力部に接続され、その出
力は相互相関器６６に送られる。一般的な相互相関器は
、検出位置間の流体の通過時間に相当する相関器の入力
信号間の時間遅れを持つピーク出力を発する。この出力
は、適当な処理回路６８に送られる。処理回路６８は、
ピーク出力を検出し、測定された時間遅れによって表さ
れた流速に比例する直流信号を発する。
応の位相検波器６２、６４の入力部に接続され、その出
力は相互相関器６６に送られる。一般的な相互相関器は
、検出位置間の流体の通過時間に相当する相関器の入力
信号間の時間遅れを持つピーク出力を発する。この出力
は、適当な処理回路６８に送られる。処理回路６８は、
ピーク出力を検出し、測定された時間遅れによって表さ
れた流速に比例する直流信号を発する。
【００２３】本発明によれば、位相検波器６２、６４の
一方の出力（その実効値は、流れている流体の乱れの度
合いを示すと共に、短時間の乱れの変動に応答する）が
、平均化回路７０に印加される。平均化回路７０は、処
理回路６８からの信号とスケール的に対応する直流出力
信号を発する。２つの直流信号は比較器７２に印加され
、また、位相検波器６４の出力は、電子的に制御可能な
ゲイン可変型増幅器７４の信号入力部にも送られる。増
幅器７４のゲインコントロール入力部は、比較器７２の
出力部に接続され、増幅器７４からの出力信号の実効値
が、位相検波器６４からの高速応答出力信号に対応する
ようにしている。この増幅器７４からの出力信号の実効
値は、平均化回路７０により与えられる高速応答信号の
平均値と、処理回路６８からのより正確で、より低速応
答の出力信号との間の違いが修正されたものである。こ
の後、増幅器７４からの出力信号は、実効値読み取り電
圧計又はデジタル電圧計のような、適当な表示装置に送
られる。
一方の出力（その実効値は、流れている流体の乱れの度
合いを示すと共に、短時間の乱れの変動に応答する）が
、平均化回路７０に印加される。平均化回路７０は、処
理回路６８からの信号とスケール的に対応する直流出力
信号を発する。２つの直流信号は比較器７２に印加され
、また、位相検波器６４の出力は、電子的に制御可能な
ゲイン可変型増幅器７４の信号入力部にも送られる。増
幅器７４のゲインコントロール入力部は、比較器７２の
出力部に接続され、増幅器７４からの出力信号の実効値
が、位相検波器６４からの高速応答出力信号に対応する
ようにしている。この増幅器７４からの出力信号の実効
値は、平均化回路７０により与えられる高速応答信号の
平均値と、処理回路６８からのより正確で、より低速応
答の出力信号との間の違いが修正されたものである。こ
の後、増幅器７４からの出力信号は、実効値読み取り電
圧計又はデジタル電圧計のような、適当な表示装置に送
られる。
【００２４】位相検波器６４からの出力信号の周波数が
、流速を指示するために用いられる場合、周波数検出器
及び周波数から電圧への変換器から構成される回路装置
が、位相検波器６４と平均化回路７０との間のライン中
に介設される。
、流速を指示するために用いられる場合、周波数検出器
及び周波数から電圧への変換器から構成される回路装置
が、位相検波器６４と平均化回路７０との間のライン中
に介設される。
【００２５】また、図３に示される型式の装置は、各位
相検波器６２、６４を図１の機器１８、２０から成る回
路装置に置換することよって、乱流により超音波信号に
生ずる変調の大きさの変化を監視するようにも使用でき
、その場合、オシレータ５８、６０は復調器１８には接
続されない。
相検波器６２、６４を図１の機器１８、２０から成る回
路装置に置換することよって、乱流により超音波信号に
生ずる変調の大きさの変化を監視するようにも使用でき
、その場合、オシレータ５８、６０は復調器１８には接
続されない。
【００２６】ガスの流れを検出するために乱流により生
ずる変調の大きさを検出すること、及び、液体の流れを
検出するために位相検波を利用することは、一般的に言
って好適であろう。
ずる変調の大きさを検出すること、及び、液体の流れを
検出するために位相検波を利用することは、一般的に言
って好適であろう。
【００２７】本発明による装置において、オシレータ１
０又はオシレータ５８、６０により送信される超音波信
号は、ガスの流れを検出するのには５０ＫＨｚ〜５００
ＫＨｚのレンジの周波数を有するのが良く、液体の流れ
のためには１〜１０ＭＨｚのレンジの周波数を有するの
が良い。各場合において、より良い結果が、前記レンジ
の上限付近の周波数で得られる。これは、より小さな変
換器の使用を可能とし、定常波を無効とし、より狭い超
音波エネルギービームを形成するからである。
０又はオシレータ５８、６０により送信される超音波信
号は、ガスの流れを検出するのには５０ＫＨｚ〜５００
ＫＨｚのレンジの周波数を有するのが良く、液体の流れ
のためには１〜１０ＭＨｚのレンジの周波数を有するの
が良い。各場合において、より良い結果が、前記レンジ
の上限付近の周波数で得られる。これは、より小さな変
換器の使用を可能とし、定常波を無効とし、より狭い超
音波エネルギービームを形成するからである。
【００２８】位相検波が用いられる場合、購入可能な二
重平衡ミキサー（ｄｏｕｂｌｅ ｂａｌａｎｃｅｄ ｍ
ｉｘｅｒｓ）が利用される。
重平衡ミキサー（ｄｏｕｂｌｅ ｂａｌａｎｃｅｄ ｍ
ｉｘｅｒｓ）が利用される。
【００２９】本発明による装置が、流速を迅速に応答し
て指示するためのみに用いられる場合、特に、監視され
る流体が温度、圧力又は組成の変動を生ずる場合には、
装置は周期的にキャリブレートされるべきである。
て指示するためのみに用いられる場合、特に、監視され
る流体が温度、圧力又は組成の変動を生ずる場合には、
装置は周期的にキャリブレートされるべきである。
【００３０】水の流れを監視するために用いられ、ヒュ
ーレット・パッカード社の３４００ＲＭＳ電圧計４４、
５ＭＨｚの周波数のオシレータ及び３．１ｃｍ径の塩化
ポリビニル製導管２を用いた図２に示される形態の本発
明による実験装置において、位相検波した変調電圧の実
効値が、０〜０．０８７ｍ３／ｍｉｎの流量の変動に対
して約０〜０．４Ｖの間で線形的に変化することが分か
った。
ーレット・パッカード社の３４００ＲＭＳ電圧計４４、
５ＭＨｚの周波数のオシレータ及び３．１ｃｍ径の塩化
ポリビニル製導管２を用いた図２に示される形態の本発
明による実験装置において、位相検波した変調電圧の実
効値が、０〜０．０８７ｍ３／ｍｉｎの流量の変動に対
して約０〜０．４Ｖの間で線形的に変化することが分か
った。
【００３１】本発明による他の実験装置では、内径が１
．５６ｃｍの導管を流れる水の流れが、図２に示される
型式の回路を用いて、変調された信号を位相検波するこ
とで監視された。いろいろな流量について得られた出力
電圧波形は、図４に示す通りである。これらの波形が示
すように、例えば、ピークピーク電圧値、実効電圧値若
しくは修正平均電圧値に基づき、或いは、電圧が選定さ
れた基準値と交差する場合の周波数若しくは電圧ピーク
の周波数に基づき、例えば計数処理によって流量を表示
することができる。
．５６ｃｍの導管を流れる水の流れが、図２に示される
型式の回路を用いて、変調された信号を位相検波するこ
とで監視された。いろいろな流量について得られた出力
電圧波形は、図４に示す通りである。これらの波形が示
すように、例えば、ピークピーク電圧値、実効電圧値若
しくは修正平均電圧値に基づき、或いは、電圧が選定さ
れた基準値と交差する場合の周波数若しくは電圧ピーク
の周波数に基づき、例えば計数処理によって流量を表示
することができる。
【００３２】図示実施例の変形例として、本発明は、１
個のトランスデューサをパルスエコー・モードで用いる
ことにより実施することができる。この場合、トランス
デューサは、間隔をおいた一連のトーンバースト又は衝
撃励振パルスを発信し、バースト間又はパルス間のイン
ターバル中においては受信器として機能する。伝えられ
るエネルギーは、導管の反対側の壁面で反射され、乱れ
により変調されて、相対受信時間及び各受信されたバー
スト又はパルスの振幅が変化されるようになっている。 バースト又はパルスの繰返し速さは、変調周波数のレン
ジよりも相当に大きくなるように選択され、変調の挙動
が十分に採取されるようにしている。トーンバースト又
は衝撃励振パルスの形のエネルギーは、２つのトランス
デューサを用いた実施例にも適用できる。
個のトランスデューサをパルスエコー・モードで用いる
ことにより実施することができる。この場合、トランス
デューサは、間隔をおいた一連のトーンバースト又は衝
撃励振パルスを発信し、バースト間又はパルス間のイン
ターバル中においては受信器として機能する。伝えられ
るエネルギーは、導管の反対側の壁面で反射され、乱れ
により変調されて、相対受信時間及び各受信されたバー
スト又はパルスの振幅が変化されるようになっている。 バースト又はパルスの繰返し速さは、変調周波数のレン
ジよりも相当に大きくなるように選択され、変調の挙動
が十分に採取されるようにしている。トーンバースト又
は衝撃励振パルスの形のエネルギーは、２つのトランス
デューサを用いた実施例にも適用できる。
【００３３】更に、上述した本発明の実施例は超音波エ
ネルギーを用いているが、流体の乱れにより影響を受け
る他の型式のエネルギーも使用できる。かかるエネルギ
ーには、熱的、光学的、磁気的、電気的、その他の適当
なエネルギーが含まれ、それぞれについて適当なトラン
スデューサが用いられる。
ネルギーを用いているが、流体の乱れにより影響を受け
る他の型式のエネルギーも使用できる。かかるエネルギ
ーには、熱的、光学的、磁気的、電気的、その他の適当
なエネルギーが含まれ、それぞれについて適当なトラン
スデューサが用いられる。
【００３４】本発明による流速測定技術は、流速の関数
として変化する乱れを生ずる流体に適用され、そのよう
な型式の流体には、ガスや液体は勿論、スラリー、２相
混合体も含まれる。
として変化する乱れを生ずる流体に適用され、そのよう
な型式の流体には、ガスや液体は勿論、スラリー、２相
混合体も含まれる。
【００３５】以上、本発明の特定の実施例について説明
したが、本発明の精神を逸脱することなく多くの変更が
なされ得ることは理解されよう。特許請求の範囲は、本
発明の範囲及び精神の範囲内にある変更は全て包含する
ものである。
したが、本発明の精神を逸脱することなく多くの変更が
なされ得ることは理解されよう。特許請求の範囲は、本
発明の範囲及び精神の範囲内にある変更は全て包含する
ものである。
【００３６】従って、前記実施例は全ての面で例示であ
り、限定的に解釈すべきではない。本発明は、上記説明
よりも特許請求の範囲で特定されており、従って、特許
請求の範囲の均等範囲内にある全ての変形は、本発明に
含まれるものである。
り、限定的に解釈すべきではない。本発明は、上記説明
よりも特許請求の範囲で特定されており、従って、特許
請求の範囲の均等範囲内にある全ての変形は、本発明に
含まれるものである。
【図１】本発明による流速監視装置の簡単な実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】本発明を実施するための装置の第２実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図３】相互相関装置と組み合わせての本発明による流
速監視装置を示すブロック図である。
速監視装置を示すブロック図である。
【図４】色々な流量について本発明に従って得られた位
相検波された復調信号を示す波形図である。
相検波された復調信号を示す波形図である。
２ 導管
６ 超音波エネルギービーム
８，５０，５２ 送信トランスデューサ１０，５
８，６０ オシレータ １４，５４，５６ 受信トランスデューサ１８
復調器 ２４ インジケータ ３４，６２，６４ 位相検波器 ４４ 電圧モニター ６６ 相互相関器 ６８ 処理回路 ７０ 平均化回路 ７２ 比較器 ７４ 増幅器
８，６０ オシレータ １４，５４，５６ 受信トランスデューサ１８
復調器 ２４ インジケータ ３４，６２，６４ 位相検波器 ４４ 電圧モニター ６６ 相互相関器 ６８ 処理回路 ７０ 平均化回路 ７２ 比較器 ７４ 増幅器
Claims (2)
- 【請求項１】 監視領域を画成する導管部分であって
、前記監視領域における流体の流れに大きな影響を与え
得る物理的障害物がない流路を内部に形成している前記
導管部分に、流体を流通させることと、流体に生ずる乱
れによって変調される所定のエネルギービームを、前記
監視領域の前記流路を横切って伝送することと、前記エ
ネルギービームが前記流路を横切った後に、変調された
前記エネルギービームを前記監視領域の１つの位置で検
波して、該検波されたエネルギービームを表す単一の電
気信号を発生させることと、流体の乱れにより生じた前
記エネルギービームの変調を表示する態様で、前記単一
の電気信号を処理することと、から成る流体の流速監視
方法。 - 【請求項２】 監視領域を画成し流体を流通させる導
管部分であって、前記監視領域における流体の流れに大
きな影響を与え得る物理的障害物がない流路を内部に形
成している前記導管部分と、流体に生ずる乱れによって
変調される所定のエネルギービームを、前記監視領域の
前記流路を横切って伝送させるために配設された伝送手
段と、前記エネルギービームが前記流路を横切った後に
、変調された前記エネルギービームを前記監視領域の１
つの位置で検波して、該検波されたエネルギービームを
表す単一の電気信号を発生させるために、前記監視領域
に配設された検波手段と、流体の乱れにより生じた前記
エネルギービームの変調を表示する態様で、前記単一の
電気信号を処理するために、前記検波手段に接続された
回路手段と、を備えている流体の流速監視装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US489133 | 1990-03-05 | ||
| US07/489,133 US5121639A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Fluid flow measurement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04218779A true JPH04218779A (ja) | 1992-08-10 |
Family
ID=23942550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3037194A Pending JPH04218779A (ja) | 1990-03-05 | 1991-03-04 | 流体の流速監視方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5121639A (ja) |
| EP (1) | EP0446023B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04218779A (ja) |
| KR (1) | KR910017172A (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2136175C (en) * | 1992-05-22 | 2003-07-15 | John Stanley Watt | Method and apparatus for the measurement of the mass flowrates of fluid components in a multiphase slug flow |
| FI930229L (fi) * | 1993-01-20 | 1994-07-21 | Sitra Foundation | Menetelmä materiaalin virtausnopeuden määrittämiseksi |
| WO1995017650A1 (de) * | 1993-12-23 | 1995-06-29 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Clamp-on-ultraschall-volumendurchfluss-messgerät |
| US5650571A (en) * | 1995-03-13 | 1997-07-22 | Freud; Paul J. | Low power signal processing and measurement apparatus |
| SE9501678D0 (sv) * | 1995-05-05 | 1995-05-05 | Siemens Elema Ab | Anordning för överföring av information via patientslang vid intensivvårds- eller anestesiapparat |
| US5804716A (en) * | 1995-05-22 | 1998-09-08 | Mcguire; Mickey Richard | Apparatus and method for testing standpipe flow |
| US5741979A (en) * | 1995-11-09 | 1998-04-21 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Adminstrator | Particle velocity measuring system |
| FI105363B (fi) * | 1997-07-04 | 2000-07-31 | Neles Field Controls Oy | Menetelmä virtauksen mittaamiseksi ja virtausmittari |
| US7127943B1 (en) * | 1999-01-19 | 2006-10-31 | Rocky Mountain Research, Inc. | Method and apparatus for detection of fluid level in a container |
| AU3769500A (en) * | 1999-03-24 | 2000-10-09 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Method and apparatus for measuring the mass flow rate of a fluid |
| US6595071B1 (en) | 2000-01-06 | 2003-07-22 | Transoma Medical, Inc. | Estimation of error angle in ultrasound flow measurement |
| US6435037B1 (en) | 2000-01-06 | 2002-08-20 | Data Sciences International, Inc. | Multiplexed phase detector |
| US6539316B1 (en) * | 2000-01-06 | 2003-03-25 | Data Sciences International, Inc. | Phase detector |
| RU2202770C2 (ru) * | 2001-02-26 | 2003-04-20 | Мезиков Виталий Константинович | Меточный расходомер |
| US6832179B2 (en) * | 2001-06-26 | 2004-12-14 | Invensys Systems, Inc. | Evaluating a vortex flow-meter signal |
| DE10311878A1 (de) * | 2003-03-17 | 2004-09-30 | Endress + Hauser Flowtec Ag, Reinach | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massendurchflusses eines Mediums |
| NZ549588A (en) | 2004-02-24 | 2009-03-31 | Microdose Technologies Inc | Directional flow sensor inhaler |
| DE102004044146A1 (de) * | 2004-09-13 | 2006-03-30 | Bürkert Werke GmbH & Co. KG | Durchflussmesser für gasförmige Medien |
| DE102007024275A1 (de) * | 2007-05-23 | 2008-11-27 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Verfahren zum Messen und/oder Überwachen eines Strömungsparameters und entsprechende Vorrichtung |
| US7683709B1 (en) | 2008-06-05 | 2010-03-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Low frequency power amplifier employing high frequency magnetic components |
| DE102010028475A1 (de) * | 2010-05-03 | 2011-11-03 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Strömungseigenschaften eines Mediums in einer Rohrleitung |
| US10515159B2 (en) * | 2013-03-06 | 2019-12-24 | Dassault Systemes Simulia Corp. | Flow-induced noise source identification |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE756043A (fr) * | 1969-09-12 | 1971-02-15 | J Tec Ass Inc | Procede et appareil pour le relevement sonique de la vitesse |
| CA996245A (en) * | 1972-05-01 | 1976-08-31 | Canadian General Electric Company Limited | Measuring liquid velocity through pipe wall |
| US3886794A (en) * | 1974-03-11 | 1975-06-03 | Westinghouse Electric Corp | Flowmeter apparatus and method |
| JPS544169A (en) * | 1977-06-10 | 1979-01-12 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Corelation flow speed and rate meter |
| GB2066466A (en) * | 1979-12-03 | 1981-07-08 | Water Res Centre | Ultrasonic Flow Measurement |
| US4528857A (en) * | 1983-07-25 | 1985-07-16 | Bruner Ronald F | Phase modulation, ultrasonic flowmeter |
| US4519257A (en) * | 1983-07-26 | 1985-05-28 | Simpkins Otto K | Electronic flow meter for measuring flow of bulk solids pneumatically conveyed through a hose |
-
1990
- 1990-03-05 US US07/489,133 patent/US5121639A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-03-04 JP JP3037194A patent/JPH04218779A/ja active Pending
- 1991-03-04 KR KR1019910003494A patent/KR910017172A/ko not_active Ceased
- 1991-03-05 EP EP91301832A patent/EP0446023B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR910017172A (ko) | 1991-11-05 |
| EP0446023A1 (en) | 1991-09-11 |
| US5121639A (en) | 1992-06-16 |
| EP0446023B1 (en) | 1996-08-28 |
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