JPH0621804B2 - 流体の流速分布測定方法 - Google Patents
流体の流速分布測定方法Info
- Publication number
- JPH0621804B2 JPH0621804B2 JP62154880A JP15488087A JPH0621804B2 JP H0621804 B2 JPH0621804 B2 JP H0621804B2 JP 62154880 A JP62154880 A JP 62154880A JP 15488087 A JP15488087 A JP 15488087A JP H0621804 B2 JPH0621804 B2 JP H0621804B2
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- Japan
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- fluid
- flow velocity
- temperature
- flow
- change
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- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流路内を流動する流体（気体、液体、固体あ
るいはこれらの２種以上によって構成される全ての流
体）の流速分布の状態と、インラインで測定する方法に
関するものである。
るいはこれらの２種以上によって構成される全ての流
体）の流速分布の状態と、インラインで測定する方法に
関するものである。
（従来の技術） 流路内の流速分布を正確に把握することは、例えば熱交
換器、反応塔などを設計する上で極めて重要である。
換器、反応塔などを設計する上で極めて重要である。
従来の流速分布測定は、流体に着色を施して行う視覚的
な判断のみの方法や、トレーサーと呼ばれる放射性物質
を流体に混合して、その分布状態を追跡する方法や、あ
るいは光散乱を利用した方法などによって行われてい
る。
な判断のみの方法や、トレーサーと呼ばれる放射性物質
を流体に混合して、その分布状態を追跡する方法や、あ
るいは光散乱を利用した方法などによって行われてい
る。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、これら従来の方法は、いずれもが流体の速度の
変化に対する追従性が悪く、測定範囲が極めて狭いもの
であったり、あるいは測定とはいっても視覚的な確認程
度にしかすぎず、流速分布の正確なデータを必要とする
ような熱交換機などを設計する場合には、充分な結果を
得ることができなかった。
変化に対する追従性が悪く、測定範囲が極めて狭いもの
であったり、あるいは測定とはいっても視覚的な確認程
度にしかすぎず、流速分布の正確なデータを必要とする
ような熱交換機などを設計する場合には、充分な結果を
得ることができなかった。
そこでこれを改良して発熱体を挟んで両側に熱の感知素
子を配置し、感知素子の温度を検出して両者の温度を比
較し、流れの方向を知るものが特開昭５０−１６００６
９号公報で知られている。これは流体の流れ方向に対し
て直角に細線を配置するもので、その利用方法は、熱の
流体への拡散による電圧変化から流速や流量を測定する
ものである。しかるに、電圧変化から流速を求める以上
のものでは電圧変化が流体自体の温度変化による細線の
抵抗変化の影響を受けて変化し、抵抗変化の影響か流速
変化の影響か不明になることがあるし、点における測定
であるので細かな乱流などの影響を受けて正確な流速分
布の測定ができない。
子を配置し、感知素子の温度を検出して両者の温度を比
較し、流れの方向を知るものが特開昭５０−１６００６
９号公報で知られている。これは流体の流れ方向に対し
て直角に細線を配置するもので、その利用方法は、熱の
流体への拡散による電圧変化から流速や流量を測定する
ものである。しかるに、電圧変化から流速を求める以上
のものでは電圧変化が流体自体の温度変化による細線の
抵抗変化の影響を受けて変化し、抵抗変化の影響か流速
変化の影響か不明になることがあるし、点における測定
であるので細かな乱流などの影響を受けて正確な流速分
布の測定ができない。
（問題を解決するための手段） 本発明は、以上の問題点を解決することを目的とするも
のであり、そのための技術的手段として、流体と熱的な
接触を有し、加熱もしくは冷却によって流体と実質的に
異なる温度を有する感知素子を、流路内において、流体
の流れに対し平行であり、かつ同一長さのものを異なる
位置となるよう分布させて複数個配置し、これら複数個
の感知素子においてその温度と前記流体の温度との温度
差を断続的もしくは連続的に各々計測し、及び比較して
行うようにして流速分布の測定方法を構成した。
のであり、そのための技術的手段として、流体と熱的な
接触を有し、加熱もしくは冷却によって流体と実質的に
異なる温度を有する感知素子を、流路内において、流体
の流れに対し平行であり、かつ同一長さのものを異なる
位置となるよう分布させて複数個配置し、これら複数個
の感知素子においてその温度と前記流体の温度との温度
差を断続的もしくは連続的に各々計測し、及び比較して
行うようにして流速分布の測定方法を構成した。
（発明の効果） この技術的手段によれば、従来の方法に比較して著しく
応答性に優れ、大きな流速分布の変動や、急激な変動を
も確実にとらえることができ、流路に分布させた複数の
感知素子によって、流速がどのような分布になっている
かを知ることができる。
応答性に優れ、大きな流速分布の変動や、急激な変動を
も確実にとらえることができ、流路に分布させた複数の
感知素子によって、流速がどのような分布になっている
かを知ることができる。
また、測定は電気信号を用いて行うので、記録や他の機
械の制御などを容易に行うことができる。
械の制御などを容易に行うことができる。
しかして本発明では流体の温度を計測し、細線の温度と
の温度差を計測して流体の温度変化による影響を取り除
くようにしており、かつ流体の流路における各所の流速
分布を測定するに当たって細線の発熱作用による細線自
体の温度変化を測定し、その変化を複数の細線の測定値
と比較して流路全体の流速分布を把握することができる
ようにしたものであって、更に流体の流れ方向と平行に
細線を配置することにより、細線の温度変化が流速の変
動による熱伝達の変化からの温度変化と単なる乱流の影
響による一時的な温度変化とを混同しないようにし、流
れの方向に一定距離の細線を配置することにより一定距
離における平均化が図られ、測定を正確に行うことがで
きる。
の温度差を計測して流体の温度変化による影響を取り除
くようにしており、かつ流体の流路における各所の流速
分布を測定するに当たって細線の発熱作用による細線自
体の温度変化を測定し、その変化を複数の細線の測定値
と比較して流路全体の流速分布を把握することができる
ようにしたものであって、更に流体の流れ方向と平行に
細線を配置することにより、細線の温度変化が流速の変
動による熱伝達の変化からの温度変化と単なる乱流の影
響による一時的な温度変化とを混同しないようにし、流
れの方向に一定距離の細線を配置することにより一定距
離における平均化が図られ、測定を正確に行うことがで
きる。
（実施例） 加熱された物体を流体中に放置すると冷却され、流体の
流速が大きければ、冷却は更に早められる。
流速が大きければ、冷却は更に早められる。
本発明は、以上のような流速と冷却の関係を利用するも
のであり、流路内に抵抗温度計等の従来の測温センサー
を固定して、流体の温度θ∞を計測し、同時に同じ流体
中に浸漬固定する等の方法によって、流体中の温度より
実質的に高く加熱もしくは冷却された境界面を有し、流
路内に分布して配置した複数の感知素子を流体と熱的に
接触させながら、これらそれぞれの感知素子の温度θwi
（ｉ＝２〜ｎ；ｎは感知素子の数）を計測し、さらに流
体と前記したそれぞれの感知素子との温度差の絶対値 Δθwi＝｜θwi−θ∞｜，ｉ＝２〜ｎ を算出し、これら各温度θ∞、θwi、Δθwiを継時的に
計測、比較すること等によって流速分布の状態を測定す
る。
のであり、流路内に抵抗温度計等の従来の測温センサー
を固定して、流体の温度θ∞を計測し、同時に同じ流体
中に浸漬固定する等の方法によって、流体中の温度より
実質的に高く加熱もしくは冷却された境界面を有し、流
路内に分布して配置した複数の感知素子を流体と熱的に
接触させながら、これらそれぞれの感知素子の温度θwi
（ｉ＝２〜ｎ；ｎは感知素子の数）を計測し、さらに流
体と前記したそれぞれの感知素子との温度差の絶対値 Δθwi＝｜θwi−θ∞｜，ｉ＝２〜ｎ を算出し、これら各温度θ∞、θwi、Δθwiを継時的に
計測、比較すること等によって流速分布の状態を測定す
る。
ここで、Δθwiは、流体の流速Ｕi と第１図に示すよう
な負の相関にある。
な負の相関にある。
本発明では、このΔθwiとＵi との関係を予め決定して
おかなければならないが、それは以下のようにしてなさ
れる。
おかなければならないが、それは以下のようにしてなさ
れる。
一般に、加熱された物体が流速Ｕの流体中に置かれた系
において、放散熱量Ｈは次式で表されることが知られて
いる。
において、放散熱量Ｈは次式で表されることが知られて
いる。
Ｈ＝（ａ＋ｂ・Ｕ 1/m）Δθ ……(1) ここで そこで、定常状態において、第２図のような簡単な系を
利用して感知素子の校正を行う。
利用して感知素子の校正を行う。
第２図において、支柱（1a）（1b）間に張架された一定
長の細線からなる熱線（２）に沿って、流体（３）が等
速度Ｕで流れており、熱線からは熱量Ｈが放散されてい
る。
長の細線からなる熱線（２）に沿って、流体（３）が等
速度Ｕで流れており、熱線からは熱量Ｈが放散されてい
る。
定常状態において、流体（３）への供給熱量Ｑと放散熱
量Ｈは等しく、熱線の温度は一定に保たれ、抵抗Ｒも一
定となる。
量Ｈは等しく、熱線の温度は一定に保たれ、抵抗Ｒも一
定となる。
このような条件から、特定の感知素子における熱線
（２）に印加される電圧Ｖ及び電流Ｉ、流体の温度Ｔ及
び流速Ｕの関係式(1)を定め、この感知素子を利用して
流速を測定することになる。
（２）に印加される電圧Ｖ及び電流Ｉ、流体の温度Ｔ及
び流速Ｕの関係式(1)を定め、この感知素子を利用して
流速を測定することになる。
なお、実際の測定において、感知素子の表面温度を直接
測定することはないが、これは感知素子に印加される電
圧及び電流を測定することから、計算によって求めてい
るからである。
測定することはないが、これは感知素子に印加される電
圧及び電流を測定することから、計算によって求めてい
るからである。
以下、具体的な測定方法について説明する。
第３図において、円管（４）の内面には、内側に向かっ
て支柱（５）…及び支柱（６）…が植設されている。
て支柱（５）…及び支柱（６）…が植設されている。
第４図に示すように、これら支柱（５）…及び支柱
（６）は、各々の長さが異なっており、円管（４）の中
央まで延びた支柱（5a）（6a）から周方向に向かって順
次短くなっていて、先端がトロコイド曲線状になってい
る。
（６）は、各々の長さが異なっており、円管（４）の中
央まで延びた支柱（5a）（6a）から周方向に向かって順
次短くなっていて、先端がトロコイド曲線状になってい
る。
支柱（５）及び支柱（６）は、それぞれの同じ長さの支
柱が対峙し、その対峙した支柱（５）と支柱（６）の先
端には、感知素子である白金線（７）がそれぞれ張架さ
れていて、円管（４）内の流体の流れ方向に平行な感知
素子が分布している。
柱が対峙し、その対峙した支柱（５）と支柱（６）の先
端には、感知素子である白金線（７）がそれぞれ張架さ
れていて、円管（４）内の流体の流れ方向に平行な感知
素子が分布している。
すなわち、流体の流れに対し平行であり、かつ同一長さ
のものを異なる位置となるように複数個分布させてい
る。
のものを異なる位置となるように複数個分布させてい
る。
（８）…はリード線であって、電流源（９）及び電圧測
定装置（10）に接続されており、支柱（５）及び支柱
（６）の先端の間に張架された白金線（７）…に所望の
電流を流すとともに、印加された電圧を測定する。
定装置（10）に接続されており、支柱（５）及び支柱
（６）の先端の間に張架された白金線（７）…に所望の
電流を流すとともに、印加された電圧を測定する。
以上の如く細線からなる感知素子を流体の流れの方向に
平行に配置するのは細線の温度変化が流速の変動による
熱伝達の変化による温度変化と単なる乱流の影響による
一時的な温度変化とを混同しないようにするためのもの
であり、一定の長さとすることは流れの方向に一定距離
をもつことになって、その一定距離における平均化が図
られ、細かな乱流からの影響を受けることがないように
するためである。
平行に配置するのは細線の温度変化が流速の変動による
熱伝達の変化による温度変化と単なる乱流の影響による
一時的な温度変化とを混同しないようにするためのもの
であり、一定の長さとすることは流れの方向に一定距離
をもつことになって、その一定距離における平均化が図
られ、細かな乱流からの影響を受けることがないように
するためである。
なお、電流源（９）及び電圧測定装置（10）は、それぞ
れＧＰ−ＩＢ（ゼネラル・パーパス・インターフェース
・バス）制御系にて制御装置（11）に接続する。
れＧＰ−ＩＢ（ゼネラル・パーパス・インターフェース
・バス）制御系にて制御装置（11）に接続する。
そして、円管（４）内に流体（Ｆ）が流れている状態に
おいて、各白金線（７）…に電流源（９）から電流を供
給し、電圧測定装置（10）でそれぞれ印加されている電
圧を測定し、その測定結果に基づいて制御装置（11）よ
り白金線（７）…と流体（Ｆ）との温度差を求め、それ
ぞれの白金線（７）のまわりの流速を算出する。
おいて、各白金線（７）…に電流源（９）から電流を供
給し、電圧測定装置（10）でそれぞれ印加されている電
圧を測定し、その測定結果に基づいて制御装置（11）よ
り白金線（７）…と流体（Ｆ）との温度差を求め、それ
ぞれの白金線（７）のまわりの流速を算出する。
本発明方法によれば、感知素子である白金線（７）と流
体（Ｆ）との熱的接触部分が流路内に分布しているの
で、各々の白金線によって求めた流速によって、流路内
の流速分布を知ることができる。
体（Ｆ）との熱的接触部分が流路内に分布しているの
で、各々の白金線によって求めた流速によって、流路内
の流速分布を知ることができる。
本発明によれば、流体の流路における各所の流速分布を
測定するに当たって、細線の発熱作用による細線自体の
温度変化を測定し、その変化を複数の細線の測定値と比
較して流路全体の流速分布を把握するものである。又、
流体の温度を計測し、細線の温度との温度差を計測して
流体の温度変化による影響を取り除くようにしている。
これは温度変化が細線の電圧変化から計測されるが、本
発明において直接電圧変化から流速分布を計測しないの
は電圧変化が流体自体の温度変化による細線の抵抗変化
の影響を受けて変化し、抵抗変化の影響か、流速変化の
影響か不明になることを防止するためである。
測定するに当たって、細線の発熱作用による細線自体の
温度変化を測定し、その変化を複数の細線の測定値と比
較して流路全体の流速分布を把握するものである。又、
流体の温度を計測し、細線の温度との温度差を計測して
流体の温度変化による影響を取り除くようにしている。
これは温度変化が細線の電圧変化から計測されるが、本
発明において直接電圧変化から流速分布を計測しないの
は電圧変化が流体自体の温度変化による細線の抵抗変化
の影響を受けて変化し、抵抗変化の影響か、流速変化の
影響か不明になることを防止するためである。
そして、第５図に示すように、各白金線の位置と流速と
の関係を整理することによって、流路内の流速分布を表
すことができる。
の関係を整理することによって、流路内の流速分布を表
すことができる。
以上、本発明の一例について説明したが、本発明は上記
の実施例に限るものではなく、適宜変形実施可能であ
る。
の実施例に限るものではなく、適宜変形実施可能であ
る。
例えば、感知素子は流体と熱的な接触を行うものであれ
ば良く、その材質、形状は任意であり、感知素子の分布
も流路内において自由に行うことができる。
ば良く、その材質、形状は任意であり、感知素子の分布
も流路内において自由に行うことができる。
又、測定できる流路も円管以外のもの、例えば角形状の
ものなどでも良い。
ものなどでも良い。
第１図は流体と感知素子の温度差Δθw と流体の流速Ｕ
との関係を示す図、 第２図は感知素子の校正を行う系の一例を示す図、 第３図、第４図は円管内における本発明方法の一例を示
す図、 第５図は円管内における流速分布を示す図である。 Ｆ、３……流体 1a、1b、５、６、……支柱 ２……熱線 ４……円管 ７……白金線 ８……リード線 ９……電流源 10……電圧測定装置 11……制御装置
との関係を示す図、 第２図は感知素子の校正を行う系の一例を示す図、 第３図、第４図は円管内における本発明方法の一例を示
す図、 第５図は円管内における流速分布を示す図である。 Ｆ、３……流体 1a、1b、５、６、……支柱 ２……熱線 ４……円管 ７……白金線 ８……リード線 ９……電流源 10……電圧測定装置 11……制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−104974（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−90198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−59117（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−160069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−220648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−22142（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】流体と熱的な接触を有し、加熱もしくは冷
却によって流体と実質的に異なる温度を有する感知素子
を、流路内において、流体の流れに対し平行であり、か
つ同一長さのものを異なる位置となるよう分布させて複
数個配置し、これら複数個の感知素子においてその温度
と前記流体の温度との温度差を断続的もしくは連続的に
各々計測し、及び比較して行うことを特徴とする流体の
流速分布測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154880A JPH0621804B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 流体の流速分布測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154880A JPH0621804B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 流体の流速分布測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63317722A JPS63317722A (ja) | 1988-12-26 |
| JPH0621804B2 true JPH0621804B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=15593968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62154880A Expired - Lifetime JPH0621804B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 流体の流速分布測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621804B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5336640B1 (ja) * | 2012-09-17 | 2013-11-06 | 東京計装株式会社 | 熱式流量計 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS569657B2 (ja) * | 1974-06-17 | 1981-03-03 | ||
| JPS52104974A (en) * | 1976-03-01 | 1977-09-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind | Automatic flow speed distribution measuring system |
| JPS5522142A (en) * | 1978-08-05 | 1980-02-16 | Nissan Motor Co Ltd | Thermal flow meter |
| JPS5759117A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-09 | Hitachi Ltd | Measuring method for flow rate distribution of multiple-pipe type bundle |
| JPS5890198A (ja) * | 1981-11-26 | 1983-05-28 | 株式会社東芝 | 炉心冷却材流量測定装置 |
| JPS59220648A (ja) * | 1983-05-30 | 1984-12-12 | Toyota Motor Corp | 風向検知器 |
-
1987
- 1987-06-22 JP JP62154880A patent/JPH0621804B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5336640B1 (ja) * | 2012-09-17 | 2013-11-06 | 東京計装株式会社 | 熱式流量計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63317722A (ja) | 1988-12-26 |
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