JPH0572218A - 流体速度検出方法及びその装置 - Google Patents
流体速度検出方法及びその装置Info
- Publication number
- JPH0572218A JPH0572218A JP25721291A JP25721291A JPH0572218A JP H0572218 A JPH0572218 A JP H0572218A JP 25721291 A JP25721291 A JP 25721291A JP 25721291 A JP25721291 A JP 25721291A JP H0572218 A JPH0572218 A JP H0572218A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- velocity
- equation
- sound pressure
- hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 例えば音響部品として一般によく知られてい
るスピーカとマイクロホンとを用いることによつて従来
にない安く、精度のよい、かつ装置を簡単にできるよう
にした。 【構成】 壁面に穴が穿設された包囲体の内部空間の圧
力を所定の周波数で変動せしめると共に、前記壁面の穴
を測定対象である流体の流れに接するように配設し、そ
れによつて発生する前記包囲体の内部空間の圧力変化に
基づいて前記流体の速度を算出する方法及びその構成と
する。
るスピーカとマイクロホンとを用いることによつて従来
にない安く、精度のよい、かつ装置を簡単にできるよう
にした。 【構成】 壁面に穴が穿設された包囲体の内部空間の圧
力を所定の周波数で変動せしめると共に、前記壁面の穴
を測定対象である流体の流れに接するように配設し、そ
れによつて発生する前記包囲体の内部空間の圧力変化に
基づいて前記流体の速度を算出する方法及びその構成と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、パイプ等を流れる流
体の速度（流速）を検出する流体速度検出方法及びその
装置に関するものである。
体の速度（流速）を検出する流体速度検出方法及びその
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の流体速度検出方法及びその装置と
して、例えばエアフローセンサを例にとって説明する
と、即ちエアフローセンサは、気体の流れの中に細いヒ
ーター線を気体の流れ方向に直交するように配置し、そ
のヒーター線に一定の電流をパルス状に供給し、そのヒ
ーター線の放熱による抵抗変化を検出することによつ
て、流れる流体の流速を検出するものであつた。
して、例えばエアフローセンサを例にとって説明する
と、即ちエアフローセンサは、気体の流れの中に細いヒ
ーター線を気体の流れ方向に直交するように配置し、そ
のヒーター線に一定の電流をパルス状に供給し、そのヒ
ーター線の放熱による抵抗変化を検出することによつ
て、流れる流体の流速を検出するものであつた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の流体速度検出方法及びその装置にあつては、
ヒーター線が直接流体に接触する構成であるので、流体
に塵挨、薬剤の蒸気等が混入されていた場合にはそれが
ヒーター線に付着したり、またヒーター線の表面が流体
中の前記蒸気等に直接的に長時間接触することによつて
変化して放熱状態が経年変化し、流体とヒーター線との
熱的関係が変わってしまい誤差が徐々に大きくなる恐れ
が多分にあるという問題点があつた。
うな従来の流体速度検出方法及びその装置にあつては、
ヒーター線が直接流体に接触する構成であるので、流体
に塵挨、薬剤の蒸気等が混入されていた場合にはそれが
ヒーター線に付着したり、またヒーター線の表面が流体
中の前記蒸気等に直接的に長時間接触することによつて
変化して放熱状態が経年変化し、流体とヒーター線との
熱的関係が変わってしまい誤差が徐々に大きくなる恐れ
が多分にあるという問題点があつた。
【０００４】また、ヒーター線の抵抗値変化を大きくと
るために、非常に細いヒーター線を用いるので塵挨が大
きく、かつそれが高速で移動するものであつた場合に
は、ヒーター線に非常に大きな外力が作用し、塑性変形
する恐れがあつたので、風上側にフィルタを設ける必要
があつた。
るために、非常に細いヒーター線を用いるので塵挨が大
きく、かつそれが高速で移動するものであつた場合に
は、ヒーター線に非常に大きな外力が作用し、塑性変形
する恐れがあつたので、風上側にフィルタを設ける必要
があつた。
【０００５】さらに、流体の速度に比例した外力がその
細いヒーター線に当り、ヒーター線が流量抵抗として流
体に作用する構成であるので、速度の大きな流体を測定
対象とした場合には、ヒーター線が伸びてしまい測定誤
差が大きくなると共に、上記の如くヒーター線の弾性限
界を越えて外力が作用した場合にはヒーター線は測定初
期の抵抗値のものと違ってしまう恐れがあつた。
細いヒーター線に当り、ヒーター線が流量抵抗として流
体に作用する構成であるので、速度の大きな流体を測定
対象とした場合には、ヒーター線が伸びてしまい測定誤
差が大きくなると共に、上記の如くヒーター線の弾性限
界を越えて外力が作用した場合にはヒーター線は測定初
期の抵抗値のものと違ってしまう恐れがあつた。
【０００６】この発明は、上記のような技術領域と全く
異なる小生の研究領域、すなわち音響技術の原理を適応
させることによつて上記のような問題点を解消させたも
ので、例えば音響部品として一般によく知られているス
ピーカとマイクロホンとを用いることによつて従来にな
く安く、精度のよい、かつ装置構成を簡単にできる流体
速度検出方法及びその装置を提案することを目的とす
る。
異なる小生の研究領域、すなわち音響技術の原理を適応
させることによつて上記のような問題点を解消させたも
ので、例えば音響部品として一般によく知られているス
ピーカとマイクロホンとを用いることによつて従来にな
く安く、精度のよい、かつ装置構成を簡単にできる流体
速度検出方法及びその装置を提案することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、壁面に穴が
穿設された包囲体の内部空間の圧力を所定の周波数で変
動せしめると共に、前記壁面の穴を、測定対象である流
体の流れに接するように配設し、それによつて発生する
前記包囲体の内部空間の圧力変化に基づいて前記流体の
速度を算出する構成とする。
穿設された包囲体の内部空間の圧力を所定の周波数で変
動せしめると共に、前記壁面の穴を、測定対象である流
体の流れに接するように配設し、それによつて発生する
前記包囲体の内部空間の圧力変化に基づいて前記流体の
速度を算出する構成とする。
【０００８】
【作用】この発明による流体速度方法及びその装置は、
包囲体、孔の寸法等によって決まるヘルムホルツ共振周
波数で包囲体の中の気体の圧力を変動させ、かつ包囲体
の孔を介して測定対象である流体と作用させてそのとき
の圧力変動を検出することによつて流体の速度を測定す
る。
包囲体、孔の寸法等によって決まるヘルムホルツ共振周
波数で包囲体の中の気体の圧力を変動させ、かつ包囲体
の孔を介して測定対象である流体と作用させてそのとき
の圧力変動を検出することによつて流体の速度を測定す
る。
【０００９】
【実施例】図１に基づいて、この発明の基本原理の理論
の概要を説明する。図１において、１は肉厚ｈのパイプ
で、その一端Ａから他端Ｂに向けて測定対象である気体
（流体）が流速Ｖfで流通している。２は前記パイプ１
の壁面に穿設された直径２ｒの小径（前記パイプ１の内
径に対して）の孔、３は前記パイプ１の壁面に穿設され
た孔２に対して所定の間隔で対向配設されたスピーカ等
の音圧発生手段で、所定の周波数で駆動される。４は前
記音圧発生手段３から発生された音波（ここでは音圧と
同義である）が疎密波となり、孔２を通過した後に円弧
状に拡散形成される音波の回折波動である。
の概要を説明する。図１において、１は肉厚ｈのパイプ
で、その一端Ａから他端Ｂに向けて測定対象である気体
（流体）が流速Ｖfで流通している。２は前記パイプ１
の壁面に穿設された直径２ｒの小径（前記パイプ１の内
径に対して）の孔、３は前記パイプ１の壁面に穿設され
た孔２に対して所定の間隔で対向配設されたスピーカ等
の音圧発生手段で、所定の周波数で駆動される。４は前
記音圧発生手段３から発生された音波（ここでは音圧と
同義である）が疎密波となり、孔２を通過した後に円弧
状に拡散形成される音波の回折波動である。
【００１０】次に、上記基本構成に基づき流速Ｖfが求
められる原理を図２乃至図４に基づいて説明する。ま
ず、図２に示されるようにパイプ１の壁面に穿設された
孔２の部分には斜線で示されるように直径２ｒ、厚さ
（肉厚）ｈの空気（密度ρ）の円柱が形成され、それに
よつて音響学上における直径２ｒ、長さｈの音響管５が
形成されているものと考えられる。この音響管５に対し
て、下方から音圧発生手段３が対面するように配置され
（図１参照）、前記音圧発生手段３は所定周波数で正弦
波駆動される。
められる原理を図２乃至図４に基づいて説明する。ま
ず、図２に示されるようにパイプ１の壁面に穿設された
孔２の部分には斜線で示されるように直径２ｒ、厚さ
（肉厚）ｈの空気（密度ρ）の円柱が形成され、それに
よつて音響学上における直径２ｒ、長さｈの音響管５が
形成されているものと考えられる。この音響管５に対し
て、下方から音圧発生手段３が対面するように配置され
（図１参照）、前記音圧発生手段３は所定周波数で正弦
波駆動される。
【００１１】ここで、前記音圧発生手段３が所定周波数
で正弦波駆動されると前記音響管５の上側開口端では、
図３に示すように半径ｒ、厚さ（πｒ）／２の空気（密
度ρ）の円柱状空気部（質量：ｍ）６が、前記音圧発生
手段３と音響管５内の空気バネ（図６における空気バネ
１ｃ）とにより速度Ｖv(t)（変位：Ｘ(t)）で上下に単
振動させられるものと考えられる。このときの円柱状空
気部６の質量ｍ（以下、付加質量という）は次式により
表わされる。
で正弦波駆動されると前記音響管５の上側開口端では、
図３に示すように半径ｒ、厚さ（πｒ）／２の空気（密
度ρ）の円柱状空気部（質量：ｍ）６が、前記音圧発生
手段３と音響管５内の空気バネ（図６における空気バネ
１ｃ）とにより速度Ｖv(t)（変位：Ｘ(t)）で上下に単
振動させられるものと考えられる。このときの円柱状空
気部６の質量ｍ（以下、付加質量という）は次式により
表わされる。
【００１２】
【数１】
【００１３】ただし、（π・ｒ）／２は理論的に計算で
きものである。また、この振動系の運動エネルギーは、
（１／２）ｍ・ｖv 2である。
きものである。また、この振動系の運動エネルギーは、
（１／２）ｍ・ｖv 2である。
【００１４】ここで、図１の如くパイプ１内をＡ方向か
らＢ方向に向けて気体が流速Ｖfで流れ、かつ前記音響
管５の上端面にも気体が速度Ｖfで流れているものと仮
定すると、図３に斜線で示した付加質量ｍの部分の円柱
状空気部６はＡ方向から流れる気体によつて外力を受
け、図４に斜線Ｃ及びＤで示すように速度Ｖfに比例し
た量（図４においてＬで示される）だけ下流（Ｂ方向）
に流される。その結果、図４に実線で示す部分の円柱状
空気部６が音響管５の上端面に沿って、破線で示す円柱
状空気部６’まで風下Ｂ方向にＬだけずれ、円柱状空気
部６の付加質量ｍの部分に蓄えられたエネルギーも空気
の流れによつて風下、即ちＢ方向に持ち去られる。 つ
まり、エネルギーの散逸が発生するのである。そこで、
時間ｔの間にずれ量（変位量）Ｌが発生してその付加質
量ｍの部分の平面断面積をＡとすると
らＢ方向に向けて気体が流速Ｖfで流れ、かつ前記音響
管５の上端面にも気体が速度Ｖfで流れているものと仮
定すると、図３に斜線で示した付加質量ｍの部分の円柱
状空気部６はＡ方向から流れる気体によつて外力を受
け、図４に斜線Ｃ及びＤで示すように速度Ｖfに比例し
た量（図４においてＬで示される）だけ下流（Ｂ方向）
に流される。その結果、図４に実線で示す部分の円柱状
空気部６が音響管５の上端面に沿って、破線で示す円柱
状空気部６’まで風下Ｂ方向にＬだけずれ、円柱状空気
部６の付加質量ｍの部分に蓄えられたエネルギーも空気
の流れによつて風下、即ちＢ方向に持ち去られる。 つ
まり、エネルギーの散逸が発生するのである。そこで、
時間ｔの間にずれ量（変位量）Ｌが発生してその付加質
量ｍの部分の平面断面積をＡとすると
【００１５】
【数２】 となる。ただし、Ｋは定数である。時間ｔの間に散逸し
たエネルギー量Ｄ・ｔは、
たエネルギー量Ｄ・ｔは、
【００１６】
【数３】
【００１７】単位時間当りに散逸するエネルギー量Ｄ
は、
は、
【００１８】
【数４】
【００１９】ただし、ｄ＝（ｍＫＶf）／（πｒ2）であ
る。数１を数４に代入すると
る。数１を数４に代入すると
【００２０】
【数５】
【００２１】このとき、流体の速度Ｖfは
【００２２】
【数６】
【００２３】となる。すなわち、音響管５のダンパ係数
ｄが分かれば、流速Ｖfが分かる。
ｄが分かれば、流速Ｖfが分かる。
【００２４】次に、各具体的構成を示し、それらのダン
パ係数ｄの求め方及び流速Ｖfの求め方について図５及
び図６を参照しながら説明する。 まず図５に基づいて
説明する。なお同図において図１と同一構成またはそれ
と均等のものには同一符号を付してその説明は省略す
る。
パ係数ｄの求め方及び流速Ｖfの求め方について図５及
び図６を参照しながら説明する。 まず図５に基づいて
説明する。なお同図において図１と同一構成またはそれ
と均等のものには同一符号を付してその説明は省略す
る。
【００２５】図中、７はパイプ１壁面に穿設された孔２
を外側から気密状に覆う密閉用ハウジング（包囲体）
で、そのハウジング７の壁面には該壁面の一部を形成す
るように薄型スピーカ等の音圧発生手段１０が取り付け
られ、その音圧発生手段１０は、前記ハウジング７の容
積Ｖ0、孔２の直径の寸法等によつて決まるヘルムホル
ツ共振周波数に出力周波数が設定された駆動回路１１に
よつて正弦波駆動され、前記ハウジング７内の内圧を前
記ヘルムホルツ共振周波数で変化せしめる。
を外側から気密状に覆う密閉用ハウジング（包囲体）
で、そのハウジング７の壁面には該壁面の一部を形成す
るように薄型スピーカ等の音圧発生手段１０が取り付け
られ、その音圧発生手段１０は、前記ハウジング７の容
積Ｖ0、孔２の直径の寸法等によつて決まるヘルムホル
ツ共振周波数に出力周波数が設定された駆動回路１１に
よつて正弦波駆動され、前記ハウジング７内の内圧を前
記ヘルムホルツ共振周波数で変化せしめる。
【００２６】なお、図５においてはパイプ１の壁面に孔
２を穿設したが、ハウジング７の壁面の一部分で前記パ
イプ１の壁面の一部を形成せしめ、かつその壁面に孔２
を設け、壁面を共用する構成にしても良く、またその孔
２の形状は円形のみならず、長方形、正方形等の方形で
あつてもよく、またその寸法形状はその時々の設計仕様
で決められることは言うまでもないことである。８はコ
ンデンサーマイクロホン（音圧検出手段）で、ハウジン
グ７内に取り付けられ、該ハウジング内の圧力（音圧）
変動を検出する。９は増幅回路等の係数回路で、前記マ
イクロホン８からの検出出力を所定の増幅率で増幅して
前記パイプ１内の空気流速Ｖfを検出して出力する。
２を穿設したが、ハウジング７の壁面の一部分で前記パ
イプ１の壁面の一部を形成せしめ、かつその壁面に孔２
を設け、壁面を共用する構成にしても良く、またその孔
２の形状は円形のみならず、長方形、正方形等の方形で
あつてもよく、またその寸法形状はその時々の設計仕様
で決められることは言うまでもないことである。８はコ
ンデンサーマイクロホン（音圧検出手段）で、ハウジン
グ７内に取り付けられ、該ハウジング内の圧力（音圧）
変動を検出する。９は増幅回路等の係数回路で、前記マ
イクロホン８からの検出出力を所定の増幅率で増幅して
前記パイプ１内の空気流速Ｖfを検出して出力する。
【００２７】次に、上記図５に示す構成に基づいて前記
音響管５のダンパ係数ｄの算出論理を図６を参照しなが
ら説明する。
音響管５のダンパ係数ｄの算出論理を図６を参照しなが
ら説明する。
【００２８】まず図５及び図６において、Ｐ0は大気
圧、△Ｐ(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生す
るハウジング７内の圧力（音圧）変化量、Ｘ(t)はパイ
プ１の孔２の部分に発生する付加質量ｍを形成する円柱
状空気部６の上下方向の変位量、Ｕ(t)は音圧発生手段
１０の受圧面の変位量、ｒはパイプ１の孔２の半径（付
加質量ｍを形成する円柱状空気部６の半径でもある）、
Ｖ0はハウジング７内の実空間容積、Ｓは音圧発生手段
１０の受圧面の面積、γは気体の比熱比（空気の場合は
１.４）、Ｖfは測定対象の気体の流速、Ａは付加質量ｍ
を形成する円柱状空気部６の断面積（孔２の開口面
積）、ｍは円柱状空気部６の質量（付加質量）、ｄは音
響管５に発生するダンパ係数として設定すると図５に示
す構成のものは図６に示す振動系の物理モデルと等価と
考えることが出来る。
圧、△Ｐ(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生す
るハウジング７内の圧力（音圧）変化量、Ｘ(t)はパイ
プ１の孔２の部分に発生する付加質量ｍを形成する円柱
状空気部６の上下方向の変位量、Ｕ(t)は音圧発生手段
１０の受圧面の変位量、ｒはパイプ１の孔２の半径（付
加質量ｍを形成する円柱状空気部６の半径でもある）、
Ｖ0はハウジング７内の実空間容積、Ｓは音圧発生手段
１０の受圧面の面積、γは気体の比熱比（空気の場合は
１.４）、Ｖfは測定対象の気体の流速、Ａは付加質量ｍ
を形成する円柱状空気部６の断面積（孔２の開口面
積）、ｍは円柱状空気部６の質量（付加質量）、ｄは音
響管５に発生するダンパ係数として設定すると図５に示
す構成のものは図６に示す振動系の物理モデルと等価と
考えることが出来る。
【００２９】すなわち、前記物理モデルにおける円柱状
空気部６の部分は、円柱状空気部６自身の付加質量ｍ、
ハウジング７内に発生する空気バネ１ｃ、音響管５に発
生するダンパ１ｂなどの制御要素から構成されている。
そこで図６において、次の数７及び数８が成立する。
空気部６の部分は、円柱状空気部６自身の付加質量ｍ、
ハウジング７内に発生する空気バネ１ｃ、音響管５に発
生するダンパ１ｂなどの制御要素から構成されている。
そこで図６において、次の数７及び数８が成立する。
【００３０】
【数７】
【００３１】
【数８】
【００３２】上記数７及び数８をラプラス変換して整理
する。ここで、パイプ１内の気体の流速Ｖfとダンパ係
数ｄとが比例関係にあることが前提条件にあるため、音
圧発生手段１０の駆動周波数が上記の如くヘルムホルツ
共振周波数に設定されると、共振角周波数ωrは
する。ここで、パイプ１内の気体の流速Ｖfとダンパ係
数ｄとが比例関係にあることが前提条件にあるため、音
圧発生手段１０の駆動周波数が上記の如くヘルムホルツ
共振周波数に設定されると、共振角周波数ωrは
【００３３】
【数９】
【００３４】により
【数１０】
【００３５】と設定できる。すなわち
【００３６】
【数１１】
【００３７】が成立する。つぎに、上記数１１より△Ｐ
(s)からＵ(s)までの伝達関数は
(s)からＵ(s)までの伝達関数は
【００３８】
【数１２】
【００３９】上記数１２において、音圧発生手段１０の
駆動周波数をヘルムホルツ共振周波数とし、かつ駆動電
圧をピーク値が一定な正弦波と設定しているので、Ｕ
(ｉω)＝定数値、△Ｐ(ｉω)＝マイクロホン８の出力電
圧値と設定できる。
駆動周波数をヘルムホルツ共振周波数とし、かつ駆動電
圧をピーク値が一定な正弦波と設定しているので、Ｕ
(ｉω)＝定数値、△Ｐ(ｉω)＝マイクロホン８の出力電
圧値と設定できる。
【００４０】それゆえに、上記数１２からダンパ係数ｄ
を算術計算により求め、その結果を数６に代入すること
により、測定対象の流体の流速Ｖfは求められることが
示されている。
を算術計算により求め、その結果を数６に代入すること
により、測定対象の流体の流速Ｖfは求められることが
示されている。
【００４１】次に上記構成のものを作成して実験を行っ
て得た入出力特性図を図８に示す。この入出力特性図に
示されているように流速検出装置の入出力特性は線形で
あることが示される。
て得た入出力特性図を図８に示す。この入出力特性図に
示されているように流速検出装置の入出力特性は線形で
あることが示される。
【００４２】次に図７に示す装置に基づいて第２実施例
の流速検出方法及びその装置を説明する。図７におい
て、図５に示したものと同一構成のもの、またはそれと
均等なものには同一符号を付してその説明を省略する。
の流速検出方法及びその装置を説明する。図７におい
て、図５に示したものと同一構成のもの、またはそれと
均等なものには同一符号を付してその説明を省略する。
【００４３】すなわち同図において、１３はハウジング
７を左右同一容積に仕切るための仕切板で、その仕切板
１３の中央部分は、その仕切板１３によつて形成される
部屋７ａ、７ｂを交互に加圧するための薄型スピーカ等
の音圧発生手段１０で形成されている。また前記仕切板
１３によつて仕切られた一方の部屋７ａは、孔２を介し
て前記パイプ１の内部空間と連通し、また他方の部屋７
ｂは完全に密閉され、双方の部屋７ａ、７ｂのそれぞれ
には、同一特性のマイクロホン８、１４が配設され、マ
イクロホン８からの出力信号は加算回路２１に、またマ
イクロホン１４からの出力信号は第１絶対値回路２０及
び加算回路２２にそれぞれ接続されている。
７を左右同一容積に仕切るための仕切板で、その仕切板
１３の中央部分は、その仕切板１３によつて形成される
部屋７ａ、７ｂを交互に加圧するための薄型スピーカ等
の音圧発生手段１０で形成されている。また前記仕切板
１３によつて仕切られた一方の部屋７ａは、孔２を介し
て前記パイプ１の内部空間と連通し、また他方の部屋７
ｂは完全に密閉され、双方の部屋７ａ、７ｂのそれぞれ
には、同一特性のマイクロホン８、１４が配設され、マ
イクロホン８からの出力信号は加算回路２１に、またマ
イクロホン１４からの出力信号は第１絶対値回路２０及
び加算回路２２にそれぞれ接続されている。
【００４４】なお、音圧発生手段１０は上記で説明した
ヘルムホルツ共振周波数に設定された正弦波を出力する
駆動回路１１によつて駆動される。
ヘルムホルツ共振周波数に設定された正弦波を出力する
駆動回路１１によつて駆動される。
【００４５】次に図７に示した構成のものによつてダン
パ係数ｄが求められ、かつ流速Ｖfが求められる論理を
説明する。すなわち、△Ｐ1(t)は音圧発生手段１０の駆
動によつて発生した一方の部屋７ａ内の内圧変化量、△
Ｐ2(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生した他方
の部屋７ｂ内の内圧変化量、Ｘ(t)はパイプ１の孔２の
部分に発生する円柱状空気部６の上下方向の変位量、Ｕ
(t)は音圧発生手段１０の受圧面の左右方向の変位量、
ｒはパイプ１の孔２の半径（円柱状空気部６の半径でも
ある）、Ｖ0は双方の部屋７ａ，７ｂの実空間容積、Ｓ
は音圧発生手段１０の受圧面の面積、γは気体の比熱比
（空気の場合は1.4）、Ｖfはパイプ１内を流通する気体
の流速、Ａは円柱状空気部６の断面積、ｍは前記円柱状
空気部６の質量、ｄは音響管５に発生するダンパ係数と
して設定すると
パ係数ｄが求められ、かつ流速Ｖfが求められる論理を
説明する。すなわち、△Ｐ1(t)は音圧発生手段１０の駆
動によつて発生した一方の部屋７ａ内の内圧変化量、△
Ｐ2(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生した他方
の部屋７ｂ内の内圧変化量、Ｘ(t)はパイプ１の孔２の
部分に発生する円柱状空気部６の上下方向の変位量、Ｕ
(t)は音圧発生手段１０の受圧面の左右方向の変位量、
ｒはパイプ１の孔２の半径（円柱状空気部６の半径でも
ある）、Ｖ0は双方の部屋７ａ，７ｂの実空間容積、Ｓ
は音圧発生手段１０の受圧面の面積、γは気体の比熱比
（空気の場合は1.4）、Ｖfはパイプ１内を流通する気体
の流速、Ａは円柱状空気部６の断面積、ｍは前記円柱状
空気部６の質量、ｄは音響管５に発生するダンパ係数と
して設定すると
【００４６】
【数１３】
【００４７】
【数１４】
【００４８】ここで、△Ｐ2(s)の振幅の絶対値と△Ｐ
1(s)＋△Ｐ2(s)の振幅の絶対値との比をとると
1(s)＋△Ｐ2(s)の振幅の絶対値との比をとると
【００４９】
【数１５】
【００５０】上記数１５中において、｜△Ｐ2(s)｜はマ
イクロホン１４の出力の絶対値、すなわち第１絶対値回
路２０の出力であり、また｜△Ｐ1(s)＋△Ｐ2(s)｜はマ
イクロホン８及び１４のそれぞれの出力を加算回路２１
で加算したものの絶対値、すなわちマイクロホン８及び
１４のそれぞれの加算出力を第２絶対値回路２２で絶対
値をとったものであり、かつＶ0、Ａ、π、γ、Ｋ、Ｃ0
のそれぞれは定数で、前記係数回路２４の係数として設
定されるものであるので、Ｖfを求めることが出来る。
イクロホン１４の出力の絶対値、すなわち第１絶対値回
路２０の出力であり、また｜△Ｐ1(s)＋△Ｐ2(s)｜はマ
イクロホン８及び１４のそれぞれの出力を加算回路２１
で加算したものの絶対値、すなわちマイクロホン８及び
１４のそれぞれの加算出力を第２絶対値回路２２で絶対
値をとったものであり、かつＶ0、Ａ、π、γ、Ｋ、Ｃ0
のそれぞれは定数で、前記係数回路２４の係数として設
定されるものであるので、Ｖfを求めることが出来る。
【００５１】すなわち、双方のマイクロホン８、１４出
力を、それぞれの出力側に接続された加算回路２１を介
して第２絶対値回路２２に供給し、その絶対値出力で、
マイクロホン１４の出力が接続された第１絶対値回路２
０の出力を、次段の割算回路２３において除算し、その
除算結果に対して、係数回路２４で係数を掛けて流速Ｖ
fを算出する。なお、前記係数回路２４の係数は、数１
５における定数Ｖ0、Ａ、π、γ、Ｋ、Ｃ0の大きさによ
りその状況に合わせて設定され、また第２絶対値回路２
２から係数回路２４までの外部回路（駆動回路１１は除
く）は、その機能をソフト化でき、マイクロコンピュー
タで置き換えられることは言うまでもないことである。
力を、それぞれの出力側に接続された加算回路２１を介
して第２絶対値回路２２に供給し、その絶対値出力で、
マイクロホン１４の出力が接続された第１絶対値回路２
０の出力を、次段の割算回路２３において除算し、その
除算結果に対して、係数回路２４で係数を掛けて流速Ｖ
fを算出する。なお、前記係数回路２４の係数は、数１
５における定数Ｖ0、Ａ、π、γ、Ｋ、Ｃ0の大きさによ
りその状況に合わせて設定され、また第２絶対値回路２
２から係数回路２４までの外部回路（駆動回路１１は除
く）は、その機能をソフト化でき、マイクロコンピュー
タで置き換えられることは言うまでもないことである。
【００５２】また、上記図７で説明した構成のものは、
装置の製造工程での温度と使用場所での温度とがほぼ同
一の場合を対象としているが、温度が異なったり、また
使用中に温度が大きく変化するような場所である場合に
は、図９に示すように仕切板１３に微細孔１６を穿設
し、周囲温度変化による圧力変動が双方の部屋７ａ，７
ｂのいずれかに発生した場合でも該微細孔１６を介して
双方の部屋７ａ，７ｂの空気を流通せしめることによつ
て静的圧力（ゆっつくりした圧力変化も含む）を同一に
する様にすればよい。なお、図９においても図７の動作
原理は同一であるので、その説明は省略する。また双方
のマイクロホン８、１４に接続される外部回路は図７の
ものと同一のものである。
装置の製造工程での温度と使用場所での温度とがほぼ同
一の場合を対象としているが、温度が異なったり、また
使用中に温度が大きく変化するような場所である場合に
は、図９に示すように仕切板１３に微細孔１６を穿設
し、周囲温度変化による圧力変動が双方の部屋７ａ，７
ｂのいずれかに発生した場合でも該微細孔１６を介して
双方の部屋７ａ，７ｂの空気を流通せしめることによつ
て静的圧力（ゆっつくりした圧力変化も含む）を同一に
する様にすればよい。なお、図９においても図７の動作
原理は同一であるので、その説明は省略する。また双方
のマイクロホン８、１４に接続される外部回路は図７の
ものと同一のものである。
【００５３】次に図１０及び図１１に示す装置に基づい
て第３実施例の流速検出方法及びその装置を説明する。
図１０及び図１１において、図７に示したものと同一構
成のもの、またはそれと均等なものには同一符号を付し
てその説明を省略する。この実施例では、マイクロホン
の使用数を１つにした場合についてダンパ係数ｄが求め
られ、かつ流速Ｖfが求められる論理を説明する。
て第３実施例の流速検出方法及びその装置を説明する。
図１０及び図１１において、図７に示したものと同一構
成のもの、またはそれと均等なものには同一符号を付し
てその説明を省略する。この実施例では、マイクロホン
の使用数を１つにした場合についてダンパ係数ｄが求め
られ、かつ流速Ｖfが求められる論理を説明する。
【００５４】図１０及び図１１において、１７はハウジ
ング７とほぼ同一機能のものであるが、図７のものに比
べて異なる点はハウジング１７において、仕切板１３の
下端がハウジング１７の底面に対して所定の間隔を隔て
て隙間が設けられており、かつそのハウジング１７の部
分に凹条の溝１８が形成され、その凹条の溝１８内にマ
イクロホン８が設けられ、そのマイクロホン８は双方の
部屋１７ａ，１７ｂのそれぞれに対して同一受圧面積で
接して、双方の部屋１７ａ、１７ｂからの内圧を同一受
圧面積で受けて加算をしている。またマイクロホン８と
仕切板１３の先端との間に形成された前記隙間は図９に
おける微細孔１６と同一機能の空気流通路のものであ
る。
ング７とほぼ同一機能のものであるが、図７のものに比
べて異なる点はハウジング１７において、仕切板１３の
下端がハウジング１７の底面に対して所定の間隔を隔て
て隙間が設けられており、かつそのハウジング１７の部
分に凹条の溝１８が形成され、その凹条の溝１８内にマ
イクロホン８が設けられ、そのマイクロホン８は双方の
部屋１７ａ，１７ｂのそれぞれに対して同一受圧面積で
接して、双方の部屋１７ａ、１７ｂからの内圧を同一受
圧面積で受けて加算をしている。またマイクロホン８と
仕切板１３の先端との間に形成された前記隙間は図９に
おける微細孔１６と同一機能の空気流通路のものであ
る。
【００５５】すなわち、△Ｐ1(t)は音圧発生手段１０の
駆動によつて発生した一方の部屋１７ａ内の内圧変化
量、△Ｐ2(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生し
た他方の部屋１７ｂ内の内圧変化量、Ｘ(t)はパイプ１
の孔２の部分に発生する円柱状空気部６の上下方向の変
位量、Ｕ(t)は音圧発生手段１０の左右方向への受圧面
の変位量、ｒはパイプ１の孔２の半径、Ｖ0は双方の部
屋１７ａ，１７ｂの実空間容積、Ｓは音圧発生手段１０
の受圧面（例えばダイナミックスピーカ等のコーン紙）
の面積、γは気体の比熱比（空気の場合は1.4）、Ｖfは
パイプ１内を流通する気体の流速、Ａは円柱状空気部６
の断面積（孔２の開口部面積と等しい）、ｍは前記円柱
状空気部６の質量、ｄは音響管５のダンパ係数と設定す
ると
駆動によつて発生した一方の部屋１７ａ内の内圧変化
量、△Ｐ2(t)は音圧発生手段１０の駆動によつて発生し
た他方の部屋１７ｂ内の内圧変化量、Ｘ(t)はパイプ１
の孔２の部分に発生する円柱状空気部６の上下方向の変
位量、Ｕ(t)は音圧発生手段１０の左右方向への受圧面
の変位量、ｒはパイプ１の孔２の半径、Ｖ0は双方の部
屋１７ａ，１７ｂの実空間容積、Ｓは音圧発生手段１０
の受圧面（例えばダイナミックスピーカ等のコーン紙）
の面積、γは気体の比熱比（空気の場合は1.4）、Ｖfは
パイプ１内を流通する気体の流速、Ａは円柱状空気部６
の断面積（孔２の開口部面積と等しい）、ｍは前記円柱
状空気部６の質量、ｄは音響管５のダンパ係数と設定す
ると
【００５６】
【数１６】
【００５７】
【数１７】
【００５８】
【数１８】
【００５９】ここで圧力変化手段１０の駆動周波数とし
てはハウジング７、孔２の寸法等とにより決定されるヘ
ルムホルツ共振周波数が選択されるので、
てはハウジング７、孔２の寸法等とにより決定されるヘ
ルムホルツ共振周波数が選択されるので、
【００６０】
【数１９】
【００６１】すなわち、音圧変化手段１０の駆動回路１
１による駆動角周波数（ヘルムホルツ共振角周波数）ω
rは
１による駆動角周波数（ヘルムホルツ共振角周波数）ω
rは
【００６２】
【数２０】 数２０を数１８に代入することによつて
【００６３】
【数２１】
【００６４】すなわち、上記数２１において、音圧発生
手段１０の駆動周波数をヘルムホルツ共振周波数（角周
波数としてはωrで表される）とし、かつ駆動電圧をピ
ーク値が一定な正弦波と設定しているので、Ｕ(ｉω)＝
定数値、△Ｐ(ｉω)＝マイクロホン８の出力電圧値と設
定できる。 それゆえに
手段１０の駆動周波数をヘルムホルツ共振周波数（角周
波数としてはωrで表される）とし、かつ駆動電圧をピ
ーク値が一定な正弦波と設定しているので、Ｕ(ｉω)＝
定数値、△Ｐ(ｉω)＝マイクロホン８の出力電圧値と設
定できる。 それゆえに
【００６５】
【数２２】
【００６６】により、ダンパ係数ｄが算出されるので、
上記数２２を数６に代入することにより
上記数２２を数６に代入することにより
【００６７】
【数２３】
【００６８】と流速Ｖfが算出される。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、壁面
に穴が穿設された包囲体の内部空間の圧力を低周波数で
変動せしめると共に、前記壁面の穴を、測定対象である
流体の流れに接するように配設し、それによつて発生す
る前記包囲体の内部空間の圧力変化に基づいて前記流体
の速度を算出するようにした方法及びその装置であるの
で、簡単な方法で精度よく流速を測定することができる
ようになり、測定装置が安価になると共に、保守管理が
簡単になることが出来るという極めて大きな効果が発揮
される。また小規模な製造設備で作成することが出来る
ので、設備投資が少なくて済むという極めて大きな産業
上の効果が発揮される。
に穴が穿設された包囲体の内部空間の圧力を低周波数で
変動せしめると共に、前記壁面の穴を、測定対象である
流体の流れに接するように配設し、それによつて発生す
る前記包囲体の内部空間の圧力変化に基づいて前記流体
の速度を算出するようにした方法及びその装置であるの
で、簡単な方法で精度よく流速を測定することができる
ようになり、測定装置が安価になると共に、保守管理が
簡単になることが出来るという極めて大きな効果が発揮
される。また小規模な製造設備で作成することが出来る
ので、設備投資が少なくて済むという極めて大きな産業
上の効果が発揮される。
【図１】本発明の原理を説明するための構成説明図であ
る。
る。
【図２】図１を説明するための作用説明図である。
【図３】図１を説明するための作用説明図である。
【図４】図１を説明するための作用説明図である。
【図５】本発明の原理を説明するために示した図１の構
成説明図を具体化した第１実施例を示す構成説明図であ
る。
成説明図を具体化した第１実施例を示す構成説明図であ
る。
【図６】図５に示した構成説明図のモデルと等価な振動
系の物理モデルである。
系の物理モデルである。
【図７】本発明の第２実施例を説明するための図であ
る。
る。
【図８】図５に示した実施例による実験結果（精度）を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図９】図７に示した仕切板１３の変形例を示す説明図
である。
である。
【図１０】本発明の第３実施例を説明するための図であ
る。
る。
【図１１】図１０の要部拡大説明図である。
１ パイプ ２ 孔 ３ スピーカ（音圧発生手段） ７ ハウジング ８ マイクロホン（音圧検出手段） ９ 係数回路 ９’係数回路 １０ 音圧発生手段 １１ 駆動回路 １２ 壁板 １３ 仕切板 １４ マイクロホン（音圧検出手段） １７ ハウジング ２０ 第１絶対値回路 ２１ 加算回路 ２２ 第２絶対値回路 ２３ 除算回路 ２４ 係数回路
Claims (2)
- 【請求項１】 壁面に孔が穿設された包囲体の内部空間
の圧力を所定の周波数で変動せしめると共に、前記壁面
の穴を、測定対象である流体の流れに接するように位置
せしめ、それによつて発生する前記包囲体の内部空間の
圧力変化に基づいて前記流体の速度を算出することを特
徴とする流体速度検出方法。 - 【請求項２】 壁面に孔が穿設され、かつ該孔が測定対
象である流体の流れに接するように位置せしめられる包
囲体と、該包囲体の内部空間の圧力を所定の周波数で変
動せしめる音圧発生手段と、前記包囲体の内部空間に発
生する圧力変化に基づいて前記流体の速度を算出する流
速検出手段とを備えてなることを特徴とする流体速度検
出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25721291A JPH0572218A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 流体速度検出方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25721291A JPH0572218A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 流体速度検出方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572218A true JPH0572218A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=17303222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25721291A Pending JPH0572218A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 流体速度検出方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0572218A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101382057B1 (ko) * | 2013-01-29 | 2014-04-04 | 한국항공우주연구원 | 주름관 및 마이크로폰을 이용하는 유속 대역 측정 장치 및 방법 |
-
1991
- 1991-09-10 JP JP25721291A patent/JPH0572218A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101382057B1 (ko) * | 2013-01-29 | 2014-04-04 | 한국항공우주연구원 | 주름관 및 마이크로폰을 이용하는 유속 대역 측정 장치 및 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4648280A (en) | Karman vortex flowmeter | |
| Hurst et al. | An experimental frequency response characterization of MEMS piezoresistive pressure transducers | |
| US20110083516A1 (en) | Recirculation type oscillator flow meter | |
| Beresh et al. | Measurement of fluctuating wall pressures beneath a supersonic turbulent boundary layer | |
| JP3666209B2 (ja) | 漏れ検査方法およびその検査装置 | |
| JPS58137726A (ja) | 円筒振動式圧力計 | |
| Chau et al. | Noise due to Brownian motion in ultrasensitive solid-state pressure sensors | |
| Smith et al. | Measuring second-order time-average pressure | |
| JPH0572218A (ja) | 流体速度検出方法及びその装置 | |
| GB2160318A (en) | Karman vortex flowmeters | |
| JPH0572220A (ja) | 流体速度検出装置 | |
| JPH0688835A (ja) | 流体速度検出装置 | |
| JPH0572219A (ja) | 流体速度検出方法及びその装置 | |
| JPH0627126A (ja) | 流体速度検出方法 | |
| Balantrapu et al. | The dynamic response of a pinhole microphone under flows of varying shear stress | |
| GB2148003A (en) | Measurement of flowrate | |
| JPH0688836A (ja) | 流体速度検出装置 | |
| GB2140160A (en) | Apparatus for sensing the movement of a fluid | |
| JPH0989701A (ja) | 圧力校正装置 | |
| JP2528662B2 (ja) | 音響式流速計 | |
| SU1767444A1 (ru) | Устройство дл динамической градуировки датчиков параметров газовых потоков | |
| JP3038497B2 (ja) | 圧電差圧渦センサー | |
| JPH0763778A (ja) | 流体速度検出方法及びその装置 | |
| JPH04262209A (ja) | マイクロフローセンサ付フルイディック流量計 | |
| JPH08178641A (ja) | 音響式変位計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010529 |