JPH0660832B2 - 渦流量計 - Google Patents
渦流量計Info
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- JPH0660832B2 JPH0660832B2 JP63123060A JP12306088A JPH0660832B2 JP H0660832 B2 JPH0660832 B2 JP H0660832B2 JP 63123060 A JP63123060 A JP 63123060A JP 12306088 A JP12306088 A JP 12306088A JP H0660832 B2 JPH0660832 B2 JP H0660832B2
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- ultrasonic wave
- vortex
- phase
- receiver
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01F1/05—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 using mechanical effects
- G01F1/20—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3282—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting variations in infrasonic, sonic or ultrasonic waves, due to modulation by passing through the swirling fluid
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は渦流量計に係わり、渦発生体によって渦体中に
発生するカルマン渦が流体中を伝播する超音波に与える
位相変調を検出し、カルマン渦の生成を検知することに
より、流体の流量又は流速を測定する渦流量計に関す
る。
発生するカルマン渦が流体中を伝播する超音波に与える
位相変調を検出し、カルマン渦の生成を検知することに
より、流体の流量又は流速を測定する渦流量計に関す
る。
従来の技術 例えば従来の渦流量計として、実公昭５７−２５１４１
号或いは特公昭５８−３２３３３号等において提案され
たように、流体中に渦発生体を設け、その下流に発生し
たカルマン渦の生成数を超音波を利用して検知すること
により流体の流量を測定する装置が知られている。
号或いは特公昭５８−３２３３３号等において提案され
たように、流体中に渦発生体を設け、その下流に発生し
たカルマン渦の生成数を超音波を利用して検知すること
により流体の流量を測定する装置が知られている。
第６図は従来より知られている渦流量計の一例の構成図
である。同図において発振器１により発生され超音波送
信器２ａより流体中に送信される超音波は、流体の進行
方向に垂直、かつ同図の紙面と平行な経路に沿って伝播
し、超音波受信器２ｂにより検出される。この超音波受
信器２ｂの出力信号は位相制御器３を介して位相比較器
４に供給される（この信号をαとする）。一方、流体中
を通過する超音波とは別に発振器１の出力より分岐した
発振信号は位相制御器５を介して位相比較器４の他方の
入力端子に供給される（この信号をβとする）。
である。同図において発振器１により発生され超音波送
信器２ａより流体中に送信される超音波は、流体の進行
方向に垂直、かつ同図の紙面と平行な経路に沿って伝播
し、超音波受信器２ｂにより検出される。この超音波受
信器２ｂの出力信号は位相制御器３を介して位相比較器
４に供給される（この信号をαとする）。一方、流体中
を通過する超音波とは別に発振器１の出力より分岐した
発振信号は位相制御器５を介して位相比較器４の他方の
入力端子に供給される（この信号をβとする）。
位相比較器４において上記二つの信号α，βの位相が比
較される。この場合において、カルマン渦が発生してい
ない状態の流体中を通過した超音波信号αは、元の発振
信号βに対して一定の位相差を有することとなる。
較される。この場合において、カルマン渦が発生してい
ない状態の流体中を通過した超音波信号αは、元の発振
信号βに対して一定の位相差を有することとなる。
第６図において流量又は流速を測定すべき流体が管路６
の内部を同図上方から下方へ向って流れると、上記流体
中には管路６の内部に挿入配設された周知の渦発生体７
の下流側においてその左右に交互に規則的な、所謂カル
マン渦が発生する。この場合に流体内を通過する超音波
が流体内を伝播する途上において、超音波は上記渦発生
体７により生成されたカルマン渦と遭遇すると、カルマ
ン渦の横方向（第６図の紙面と平行、かつ超音波が伝播
する方向）の流速成分により位相変調を受けることとな
る。したがって位相比較器４に供給される二つの信号
α，βの位相差は、流体中を通過する超音波がカルマン
渦と遭遇しない場合の上記一定の位相差とは異なった位
相差を示す。この位相差の変化を検出し、フィルタ８を
介して出力端子８ａより取り出すことにより、流速又は
流量に比例するカルマン渦の生成数を検知し、ひいては
被測定流体の流量又は流速を測定することが可能とな
る。
の内部を同図上方から下方へ向って流れると、上記流体
中には管路６の内部に挿入配設された周知の渦発生体７
の下流側においてその左右に交互に規則的な、所謂カル
マン渦が発生する。この場合に流体内を通過する超音波
が流体内を伝播する途上において、超音波は上記渦発生
体７により生成されたカルマン渦と遭遇すると、カルマ
ン渦の横方向（第６図の紙面と平行、かつ超音波が伝播
する方向）の流速成分により位相変調を受けることとな
る。したがって位相比較器４に供給される二つの信号
α，βの位相差は、流体中を通過する超音波がカルマン
渦と遭遇しない場合の上記一定の位相差とは異なった位
相差を示す。この位相差の変化を検出し、フィルタ８を
介して出力端子８ａより取り出すことにより、流速又は
流量に比例するカルマン渦の生成数を検知し、ひいては
被測定流体の流量又は流速を測定することが可能とな
る。
しかしながら、流体内を伝播する超音波の位相は、カル
マン渦以外にも流体の温度変化等の外的要因によっても
変化を被るものである。この温度変化等の外的要因によ
る位相変化によって位相比較器４に供給される二つの信
号の位相差が、位相比較器４の直線動作範囲内から逸脱
してしまうことがある。
マン渦以外にも流体の温度変化等の外的要因によっても
変化を被るものである。この温度変化等の外的要因によ
る位相変化によって位相比較器４に供給される二つの信
号の位相差が、位相比較器４の直線動作範囲内から逸脱
してしまうことがある。
これを防ぐために、外的要因によって生じる位相変化分
をフィルタ８により抽出し、この出力を位相制御器３及
び５に供給して位相比較器４に供給される二つの超音波
の位相差を上記位相比較器４の直線動作範囲内に収まる
よう制御させることにより、温度変化等の外的要因によ
り超音波の位相が大きく変化した場合にも対応し得るこ
ととしている。
をフィルタ８により抽出し、この出力を位相制御器３及
び５に供給して位相比較器４に供給される二つの超音波
の位相差を上記位相比較器４の直線動作範囲内に収まる
よう制御させることにより、温度変化等の外的要因によ
り超音波の位相が大きく変化した場合にも対応し得るこ
ととしている。
発明が解決しようとする課題 上記の渦流量計において温度変化等の外的要因によって
流体中を通過した超音波信号の位相が位相比較器４の直
線動作範囲から逸脱することを防ごうとすると位相制御
器３及び５等の回路が非常に複雑なものになるという課
題があった。
流体中を通過した超音波信号の位相が位相比較器４の直
線動作範囲から逸脱することを防ごうとすると位相制御
器３及び５等の回路が非常に複雑なものになるという課
題があった。
また、位相制御器３及び５に安価なものを使用すると移
相量が有限であることによって、外的要因による移送の
変化量がある一定の限度を超えた場合には上記渦流量計
では対応できないという課題もあった。
相量が有限であることによって、外的要因による移送の
変化量がある一定の限度を超えた場合には上記渦流量計
では対応できないという課題もあった。
そこで、本出願人は先に特願昭６２−２３５６１号とし
て、第７図に示すような、超音波送信器として第１及び
第２の超音波送信器９ａ′，１０ａ′を渦発生体７の下
流の管路６壁に、又超音波受信器として第１及び第２の
超音波受信器９ｂ′，１０ｂ′を夫々該第１及び第２の
超音波送信器９ａ′，１０ａ′と対向する管路壁であっ
て、該第１の超音波送信器９ａ′から該第１の超音波受
信器９ｂ′へ到る第１の超音波伝播経路と該第２の超音
波送信器１０ａ′から該第２の超音波受信器１０ｂ′へ
到る第２の超音波伝播経路とが互いに平行逆向きとなる
ように配設し、かつ、第１及び第２の超音波送信器９
ａ′，１０ａ′並びに第１及び第２の超音波受信器９
ｂ′，１０ｂ′は第１及び第２の超音波伝播経路が渦発
生体７により連続的に生成される一渦を同時に横切るよ
うに配設し、第１及び第２の超音波受信器９ｂ′，１０
ｂ′の各出力超音波信号の位相を位相比較器１１により
比較することにより前記渦発生体７により生成された渦
を検知し得る渦流量計を提案した。
て、第７図に示すような、超音波送信器として第１及び
第２の超音波送信器９ａ′，１０ａ′を渦発生体７の下
流の管路６壁に、又超音波受信器として第１及び第２の
超音波受信器９ｂ′，１０ｂ′を夫々該第１及び第２の
超音波送信器９ａ′，１０ａ′と対向する管路壁であっ
て、該第１の超音波送信器９ａ′から該第１の超音波受
信器９ｂ′へ到る第１の超音波伝播経路と該第２の超音
波送信器１０ａ′から該第２の超音波受信器１０ｂ′へ
到る第２の超音波伝播経路とが互いに平行逆向きとなる
ように配設し、かつ、第１及び第２の超音波送信器９
ａ′，１０ａ′並びに第１及び第２の超音波受信器９
ｂ′，１０ｂ′は第１及び第２の超音波伝播経路が渦発
生体７により連続的に生成される一渦を同時に横切るよ
うに配設し、第１及び第２の超音波受信器９ｂ′，１０
ｂ′の各出力超音波信号の位相を位相比較器１１により
比較することにより前記渦発生体７により生成された渦
を検知し得る渦流量計を提案した。
ところが、上記第１及び第２の超音波伝播経路が互いに
平行にしたものにあっては、超音波送信器９ａ′，１０
ａ′並びに超音波受信器９ｂ′，１０ｂ′の管路６の外
壁面にクランプオン方式で取り付けようとした場合、例
えば超音波送信器９ａ′から超音波受信器９ｂ′への超
音波伝播経路中の伝播媒質の境界面において第８図に示
すような屈折が生じるため、超音波を斜入射するように
超音波送信器及び超音波受信器を取付けなければなら
ず、また温度変化等により各境界面の屈折角が変わり安
定な送受信を行えなくなる可能性もある。
平行にしたものにあっては、超音波送信器９ａ′，１０
ａ′並びに超音波受信器９ｂ′，１０ｂ′の管路６の外
壁面にクランプオン方式で取り付けようとした場合、例
えば超音波送信器９ａ′から超音波受信器９ｂ′への超
音波伝播経路中の伝播媒質の境界面において第８図に示
すような屈折が生じるため、超音波を斜入射するように
超音波送信器及び超音波受信器を取付けなければなら
ず、また温度変化等により各境界面の屈折角が変わり安
定な送受信を行えなくなる可能性もある。
また、管壁に取付孔を穿って超音波送信器及び超音波受
信器を挿入して設けるようにした場合は、超音波送信器
２ａ及び超音波受信器２ｂの先端部の少なくとも一部が
管路壁内面より凹凸を有して取付孔に取付けられるため
に、管路６の内壁面に不要な凹凸部が形成されることに
なり、内壁面近傍を流れる流体は取付孔の凹凸部を通過
するとき流速が変化してしまうことも考えられる。その
ため、上記渦流量計においては、管路６の内壁に流れを
乱すような凹部が全く無いことが望ましく、各超音波受
信器２ａ、超音波受信器２ｂの先端部ができるだけ管路
６の内壁面と同一形状となるようにすることが重要であ
る。
信器を挿入して設けるようにした場合は、超音波送信器
２ａ及び超音波受信器２ｂの先端部の少なくとも一部が
管路壁内面より凹凸を有して取付孔に取付けられるため
に、管路６の内壁面に不要な凹凸部が形成されることに
なり、内壁面近傍を流れる流体は取付孔の凹凸部を通過
するとき流速が変化してしまうことも考えられる。その
ため、上記渦流量計においては、管路６の内壁に流れを
乱すような凹部が全く無いことが望ましく、各超音波受
信器２ａ、超音波受信器２ｂの先端部ができるだけ管路
６の内壁面と同一形状となるようにすることが重要であ
る。
そこで、本発明は上記課題を解決するとともに、上記所
望に応じた渦流量計を提供することを目的とする。
望に応じた渦流量計を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記渦流量計において、超音波送信器として第
１及び第２の超音波送信器を渦発生体の下流の管路壁
に、又超音波受信器として第１及び第２の超音波受信器
を夫々第１及び第２の超音波送信器と対向する管路壁で
あって、第１の超音波送信器から第１の超音波受信器へ
到る第１の超音波伝播経路と、第２の超音波送信器から
第２の超音波受信器へ到る第２の超音波伝播経路とが互
いに交差し逆向きになるように配設する。
１及び第２の超音波送信器を渦発生体の下流の管路壁
に、又超音波受信器として第１及び第２の超音波受信器
を夫々第１及び第２の超音波送信器と対向する管路壁で
あって、第１の超音波送信器から第１の超音波受信器へ
到る第１の超音波伝播経路と、第２の超音波送信器から
第２の超音波受信器へ到る第２の超音波伝播経路とが互
いに交差し逆向きになるように配設する。
作用 温度変化等の外的要因が引き起こす超音波の位相の変化
は同一の流体中を伝播する二つの超音波の位相に対して
同様の影響を及ぼす。例えば温度変化等によって一方の
超音波に対して位相を進ませるような変化が起きたとす
れば、逆方向に伝播する他方の超音波も位相が進むこと
となる。
は同一の流体中を伝播する二つの超音波の位相に対して
同様の影響を及ぼす。例えば温度変化等によって一方の
超音波に対して位相を進ませるような変化が起きたとす
れば、逆方向に伝播する他方の超音波も位相が進むこと
となる。
一方カルマン渦の横方向の成分は、二つの伝播経路が互
いに交差し且つ、逆向きであり、かつカルマン渦が上記
二つの伝播経路を同時に横切る超音波の位相に対しては
反対の影響を及ぼす。
いに交差し且つ、逆向きであり、かつカルマン渦が上記
二つの伝播経路を同時に横切る超音波の位相に対しては
反対の影響を及ぼす。
すなわち、一方の超音波の位相が上記カルマン渦によっ
て進んだとすると、他方は必ずその位相が遅れることと
なる。
て進んだとすると、他方は必ずその位相が遅れることと
なる。
したがって、上記二つの超音波信号の位相を位相比較器
で比較することにより、温度変化等の外的要因による影
響が相殺されると共にカルマン渦によって起こる二つの
超音波の位相変化が強調されることとなる。
で比較することにより、温度変化等の外的要因による影
響が相殺されると共にカルマン渦によって起こる二つの
超音波の位相変化が強調されることとなる。
実施例 第１図は本発明の一実施例になる渦流量計の管路６内部
を示す側断面図である。同図において管路６内部の流体
が左方から右方へ流れると、渦発生体７により下流側に
カルマン渦が発生される。
を示す側断面図である。同図において管路６内部の流体
が左方から右方へ流れると、渦発生体７により下流側に
カルマン渦が発生される。
第２図（Ａ）は第１図をIIＡ−IIＡ間で切り取った横断
面図及び超音波源である発振器１、超音波送信器９ａ，
１０ａ、及び夫々の超音波を受信するための超音波受信
器９ｂ，１０ｂ、位相比較器１１を合わせて示したもの
である。同図においては、流体は紙面に垂直に紙面の表
側から裏側に向かって流れることとなる。
面図及び超音波源である発振器１、超音波送信器９ａ，
１０ａ、及び夫々の超音波を受信するための超音波受信
器９ｂ，１０ｂ、位相比較器１１を合わせて示したもの
である。同図においては、流体は紙面に垂直に紙面の表
側から裏側に向かって流れることとなる。
又、第２図（Ｂ）には管路６の二対の取付孔６ａ，６
ｂ，６ｃ，６ｄに挿入固定された超音波送信器９ａ，１
０ａ及び超音波受信器９ｂ，１０ｂの取付状態が示され
ている。各取付孔６ａ〜６ｄは管路６内の軸心Ｐに向け
て穿設されており、取付孔６ａと６ｃとが同一直線上に
設けられ、取付孔６ｂと６ｄとが同一直線上に設けられ
ている。そして、一方の取付孔６ａ，６ｃと他方の取付
孔６ｂ，６ｄとは夫々角度αの異なる向きより軸心Ｐに
向けて穿設されている。
ｂ，６ｃ，６ｄに挿入固定された超音波送信器９ａ，１
０ａ及び超音波受信器９ｂ，１０ｂの取付状態が示され
ている。各取付孔６ａ〜６ｄは管路６内の軸心Ｐに向け
て穿設されており、取付孔６ａと６ｃとが同一直線上に
設けられ、取付孔６ｂと６ｄとが同一直線上に設けられ
ている。そして、一方の取付孔６ａ，６ｃと他方の取付
孔６ｂ，６ｄとは夫々角度αの異なる向きより軸心Ｐに
向けて穿設されている。
各超音波送信器９ａ，１０ａ及び超音波受信器９ｂ，１
０ｂは、その先端部９ａ１，９ｂ１，１０ａ１，１０ｂ
１が取付孔６ａ，６ｄ，６ｂ，６ｃに挿入され、管路６
より外周に突出する大径部９ａ２，９ｂ２，１０ａ２，
１０ｂ２が取付ボルト（図示せず）により管路６の外周
に固着されている。尚、超音波送信器９ａ，１０ａ及び
超音波受信器９ｂ，１０ｂの先端部９ａ１，１０ａ１，
９ｂ１，１０ｂ１は管路６内を流れる流体に接して振動
するため、各取付孔６ａ〜６ｄより若干小径となってお
り、各先端部９ａ１，１０ａ１，９ｂ１，１０ｂ１は各
取付孔６ａ〜６ｄ内に遊嵌状態に挿入されている。
０ｂは、その先端部９ａ１，９ｂ１，１０ａ１，１０ｂ
１が取付孔６ａ，６ｄ，６ｂ，６ｃに挿入され、管路６
より外周に突出する大径部９ａ２，９ｂ２，１０ａ２，
１０ｂ２が取付ボルト（図示せず）により管路６の外周
に固着されている。尚、超音波送信器９ａ，１０ａ及び
超音波受信器９ｂ，１０ｂの先端部９ａ１，１０ａ１，
９ｂ１，１０ｂ１は管路６内を流れる流体に接して振動
するため、各取付孔６ａ〜６ｄより若干小径となってお
り、各先端部９ａ１，１０ａ１，９ｂ１，１０ｂ１は各
取付孔６ａ〜６ｄ内に遊嵌状態に挿入されている。
又、上記の如く、取付孔６ａ〜６ｄが夫々管路６の軸心
Ｐに向けて穿設されているため、各超音波送信器９ａ，
１０ａと超音波受信器９ｂ，１０ｂとは軸心Ｐを介して
対向配置されている。従って、各超音波送信器９ａ，１
０ａから送信された超音波は軸心Ｐで交差して超音波受
信器９ｂ，１０ｂにより検知される。
Ｐに向けて穿設されているため、各超音波送信器９ａ，
１０ａと超音波受信器９ｂ，１０ｂとは軸心Ｐを介して
対向配置されている。従って、各超音波送信器９ａ，１
０ａから送信された超音波は軸心Ｐで交差して超音波受
信器９ｂ，１０ｂにより検知される。
又、各超音波送信器９ａ，１０ａ及び超音波受信器９
ｂ，１０ｂは管路６の軸心Ｐに向けて対向配置されるた
め、その先端部９ａ１，１０ａ１，９ｂ１，１０ｂ１の
端面が管路６の内壁より大きく突出せずに済む。即ち、
凹形状とされた管路６の内壁に対して、先端部９ａ１，
１０ａ１，９ｂ１，１０ｂ１の端面が略同一平面的とな
る。
ｂ，１０ｂは管路６の軸心Ｐに向けて対向配置されるた
め、その先端部９ａ１，１０ａ１，９ｂ１，１０ｂ１の
端面が管路６の内壁より大きく突出せずに済む。即ち、
凹形状とされた管路６の内壁に対して、先端部９ａ１，
１０ａ１，９ｂ１，１０ｂ１の端面が略同一平面的とな
る。
そのため、流体は、各超音波送信器９ａ，１０ａ、超音
波受信器９ｂ，１０ｂ及び取付孔６ａ〜６ｄによる影響
を最小限に削減された状態で管路６内を通過する。従っ
て、カルマン渦発生に対する影響もより小さくなり、そ
の分流量計測精度がより高められている。
波受信器９ｂ，１０ｂ及び取付孔６ａ〜６ｄによる影響
を最小限に削減された状態で管路６内を通過する。従っ
て、カルマン渦発生に対する影響もより小さくなり、そ
の分流量計測精度がより高められている。
第３図は渦発生体７によって流体中に生成されるカルマ
ン渦と超音波送信器９ａ，１０ａ及び超音波受信器９
ｂ，１０ｂとの位置関係を示す模式図である。同図にお
いて破線で示した矢印は超音波の伝播方向に示してあ
り、同図よりわかるように二つの超音波の進行方向が逆
向きとなっていて軸心Ｐで交差している。また同図はカ
ルマン渦１３ａが超音波送信器９ａ，１０ａから送信さ
れる二つの超音波の伝播経路を既に通過し、次のカルマ
ン渦１３ｂが上記二つの超音波の伝播経路にさしかかっ
た時点での様子を示している。
ン渦と超音波送信器９ａ，１０ａ及び超音波受信器９
ｂ，１０ｂとの位置関係を示す模式図である。同図にお
いて破線で示した矢印は超音波の伝播方向に示してあ
り、同図よりわかるように二つの超音波の進行方向が逆
向きとなっていて軸心Ｐで交差している。また同図はカ
ルマン渦１３ａが超音波送信器９ａ，１０ａから送信さ
れる二つの超音波の伝播経路を既に通過し、次のカルマ
ン渦１３ｂが上記二つの超音波の伝播経路にさしかかっ
た時点での様子を示している。
第４図（Ａ）（Ｂ）は、カルマン渦が第３図に示すよう
に二つの超音波の伝播経路を通過する際の二つの超音波
信号ａ及びｂをパルス化した波形並びに互いの位相の関
係を示している。第３図において超音波送信器９ａから
送信される超音波ａはカルマン渦１３ｂがちょうど超音
波ａの進行方向と同じ方向の成分を持つことからその位
相は進むこととなり、一方、超音波送信器１０ａより送
信される超音波ｂはその進行方向がカルマン渦１３ｂの
横方向成分と逆向きであることにより、その位相が遅れ
ることとなる。
に二つの超音波の伝播経路を通過する際の二つの超音波
信号ａ及びｂをパルス化した波形並びに互いの位相の関
係を示している。第３図において超音波送信器９ａから
送信される超音波ａはカルマン渦１３ｂがちょうど超音
波ａの進行方向と同じ方向の成分を持つことからその位
相は進むこととなり、一方、超音波送信器１０ａより送
信される超音波ｂはその進行方向がカルマン渦１３ｂの
横方向成分と逆向きであることにより、その位相が遅れ
ることとなる。
第３図に示す状態からカルマン渦１３ｂが下流に移動す
るにしたがって、超音波ａの位相の進み及び超音波ｂの
位相の遅れは共に減少し、カルマン渦の中心付近が二つ
の超音波の伝播経路を通過する時点で超音波ａの位相の
進み及び超音波ｂの位相の遅れは共に無くなる。以後カ
ルマン渦の後半部分が上記二つの超音波の伝播経路を通
過する際には逆に超音波ａの位相は遅れ、超音波ｂの位
相は進む。このように１つのカルマン渦が上記超音波の
伝播経路を通過すると、超音波ａ，ｂの位相差は半周期
分のサイン波的に変化する。この超音波ａ，ｂの位相差
の変化を検出することによってカルマン渦の発生を検知
することができ、更に単位時間当りのカルマン渦をカウ
ントすることにより、流体の流速及び流量を計測するこ
とが可能となる。
るにしたがって、超音波ａの位相の進み及び超音波ｂの
位相の遅れは共に減少し、カルマン渦の中心付近が二つ
の超音波の伝播経路を通過する時点で超音波ａの位相の
進み及び超音波ｂの位相の遅れは共に無くなる。以後カ
ルマン渦の後半部分が上記二つの超音波の伝播経路を通
過する際には逆に超音波ａの位相は遅れ、超音波ｂの位
相は進む。このように１つのカルマン渦が上記超音波の
伝播経路を通過すると、超音波ａ，ｂの位相差は半周期
分のサイン波的に変化する。この超音波ａ，ｂの位相差
の変化を検出することによってカルマン渦の発生を検知
することができ、更に単位時間当りのカルマン渦をカウ
ントすることにより、流体の流速及び流量を計測するこ
とが可能となる。
このとき２つの超音波信号ａ，ｂの位相差がθとなった
とすると位相比較器１１はその位相差θに対応する電圧
Ｖθを出力端子１２より出力する。第５図は二つの超音
波信号ａ，ｂの位相差と位相比較器１１の出力電圧との
関係を示したグラフであり、同図に示すように二つの超
音波ａ，ｂの位相差が−３６０度から３６０度までの範
囲では位相比較器１１の出力電圧は直線的に変化する。
とすると位相比較器１１はその位相差θに対応する電圧
Ｖθを出力端子１２より出力する。第５図は二つの超音
波信号ａ，ｂの位相差と位相比較器１１の出力電圧との
関係を示したグラフであり、同図に示すように二つの超
音波ａ，ｂの位相差が−３６０度から３６０度までの範
囲では位相比較器１１の出力電圧は直線的に変化する。
被測定流体の温度が変化すると、それに従って超音波が
被測定流体中を伝播する際の位相も変化する。しかし温
度変化等の外的要因は上記二つの超音波の伝播の仕方に
対して同様の影響を及ぼすこととなる。すなわち一方の
超音波に対して位相を遅らせるような変化が起こったと
すれば、同様に逆方向に伝播する超音波も位相が遅れる
こととなる。
被測定流体中を伝播する際の位相も変化する。しかし温
度変化等の外的要因は上記二つの超音波の伝播の仕方に
対して同様の影響を及ぼすこととなる。すなわち一方の
超音波に対して位相を遅らせるような変化が起こったと
すれば、同様に逆方向に伝播する超音波も位相が遅れる
こととなる。
第４図（Ａ），（Ｂ）に夫々破線で示す波形はそれぞれ
実線で示す超音波の位相が温度変化等の外的要因によっ
て遅れた様子を示している。この場合において同図
（Ａ）に示す波形ａの位相がφだけ遅れたとすれば、同
様に同図（Ｂ）に示す波形ｂもφだけ遅れることとな
り、両波形ａ，ｂの相対的な位相差θは温度変化等の外
的要因が加わっても実質的に変化を受けないこととな
る。したがって位相比較器１１において二つの信号ａ，
ｂの位相を比較することによって純粋にカルマン渦によ
る位相の変化のみを検出することが可能となると共に、
この場合には二つの超音波が受ける位相変化が相加的に
（互いに強調し合うように）検出されることにより超音
波受信器を１組しか用いない従来装置に比べてより高い
感度でカルマン渦を検出し得る。
実線で示す超音波の位相が温度変化等の外的要因によっ
て遅れた様子を示している。この場合において同図
（Ａ）に示す波形ａの位相がφだけ遅れたとすれば、同
様に同図（Ｂ）に示す波形ｂもφだけ遅れることとな
り、両波形ａ，ｂの相対的な位相差θは温度変化等の外
的要因が加わっても実質的に変化を受けないこととな
る。したがって位相比較器１１において二つの信号ａ，
ｂの位相を比較することによって純粋にカルマン渦によ
る位相の変化のみを検出することが可能となると共に、
この場合には二つの超音波が受ける位相変化が相加的に
（互いに強調し合うように）検出されることにより超音
波受信器を１組しか用いない従来装置に比べてより高い
感度でカルマン渦を検出し得る。
なお、上記の実施例では、管路壁に取付孔を設けて超音
波送信器及び超音波受信器が直接管路内の流路に面する
ように構成したが、超音波送信器及び超音波受信器の管
路壁に対する取付方式はこれに限ることなく、クランプ
オン方式等によって超音波送信器及び超音波送信器を直
接流路に面することなく管路壁に取付けてもよい。
波送信器及び超音波受信器が直接管路内の流路に面する
ように構成したが、超音波送信器及び超音波受信器の管
路壁に対する取付方式はこれに限ることなく、クランプ
オン方式等によって超音波送信器及び超音波送信器を直
接流路に面することなく管路壁に取付けてもよい。
さらに、上記の実施例では、被測定流体中における二つ
の超音波の伝播経路が互いに交差し、かつカルマン渦が
二つの超音波の伝播経路を略同時に横切る例を説明した
が、本発明はこれに限るものではなく、設計上の都合な
どカルマン渦が二つの超音波の伝播経路に一定の時間間
隔をおいて横切るよう構成した場合（例えば第１図にお
いて超音波受信器９ａ，９ｂはそのままにして、１０
ａ，１０ｂを下流方向へ数ミリ程度移動させる場合な
ど）でも、超音波信号に遅延をかけるなどしてその時間
差を補正するような手段を講ずることにより上記実施例
と同様な効果を奏することが可能となる。
の超音波の伝播経路が互いに交差し、かつカルマン渦が
二つの超音波の伝播経路を略同時に横切る例を説明した
が、本発明はこれに限るものではなく、設計上の都合な
どカルマン渦が二つの超音波の伝播経路に一定の時間間
隔をおいて横切るよう構成した場合（例えば第１図にお
いて超音波受信器９ａ，９ｂはそのままにして、１０
ａ，１０ｂを下流方向へ数ミリ程度移動させる場合な
ど）でも、超音波信号に遅延をかけるなどしてその時間
差を補正するような手段を講ずることにより上記実施例
と同様な効果を奏することが可能となる。
発明の効果 上述の如く、本発明によれば、位相制御器等の複雑な回
路を用いることを必要とせず、簡単な構成によって温度
変化、管路やポンプの振動等の外的要因による超音波の
位相変化をキャンセルすることができ、しかも従来の渦
流量計に比べて非常に高い感度でカルマン渦を検出する
ことが可能となる。このことにより超音波の周波数及び
出力増幅器のゲインを下げることが可能となり、回路構
成をより一層簡単にし得ると共に、消費電力が低減され
運用コストの削減を図ることができる。
路を用いることを必要とせず、簡単な構成によって温度
変化、管路やポンプの振動等の外的要因による超音波の
位相変化をキャンセルすることができ、しかも従来の渦
流量計に比べて非常に高い感度でカルマン渦を検出する
ことが可能となる。このことにより超音波の周波数及び
出力増幅器のゲインを下げることが可能となり、回路構
成をより一層簡単にし得ると共に、消費電力が低減され
運用コストの削減を図ることができる。
しかも、第１及び第２の超音波送信器、第１及び第２の
超音波受信器は管路壁に超音波を斜入射するように取付
ける必要もないので取付上の設計が簡単になり、またそ
の取付けによって管路内の流体の流れに与える影響を最
小限に抑えることができるので、安定した計測が行え
る。
超音波受信器は管路壁に超音波を斜入射するように取付
ける必要もないので取付上の設計が簡単になり、またそ
の取付けによって管路内の流体の流れに与える影響を最
小限に抑えることができるので、安定した計測が行え
る。
さらに渦を横切る第１及び第２の超音波伝播経路が互い
に上下に離れず、互いに流路断面中央部を通過させるこ
とができるので、流路の中心付近に発生する最も強く安
定した渦を検出することができる等の特長を有する。
に上下に離れず、互いに流路断面中央部を通過させるこ
とができるので、流路の中心付近に発生する最も強く安
定した渦を検出することができる等の特長を有する。
第１図は本発明の一実施例の側断面図、第２図（Ａ）は
第１図の横断面図に主要な回路を付加したブロック構成
図、第２図（Ｂ）は第１図中IIＢ−IIＢ線に沿う縦断面
図、第３図は渦発生体とカルマン渦及び超音波送受信器
との関係を示した模式図、第４図は二つの超音波の位相
の関係を説明するための波形図、第５図は二つの超音波
の位相差を電圧に変換する際の位相差−電圧特性図、第
６図は従来の渦流量計の一例のブロック構成図、第７図
は先に提案した渦流量計を説明するための構成図、第８
図は先に提案した渦流量計で生ずる超音波の斜入射を説
明するため第７図中Ａ部を拡大して示す断面図である。 １……発信器、６……管路、６ａ〜６ｄ……取付孔、 ７……渦発生体、９ａ，１０ａ……超音波送信器、 ９ａ１，９ｂ１，１０ａ１，１０ｂ１……先端部、 ９ｂ，１０ｂ……超音波受信器、１１……位相比較器。
第１図の横断面図に主要な回路を付加したブロック構成
図、第２図（Ｂ）は第１図中IIＢ−IIＢ線に沿う縦断面
図、第３図は渦発生体とカルマン渦及び超音波送受信器
との関係を示した模式図、第４図は二つの超音波の位相
の関係を説明するための波形図、第５図は二つの超音波
の位相差を電圧に変換する際の位相差−電圧特性図、第
６図は従来の渦流量計の一例のブロック構成図、第７図
は先に提案した渦流量計を説明するための構成図、第８
図は先に提案した渦流量計で生ずる超音波の斜入射を説
明するため第７図中Ａ部を拡大して示す断面図である。 １……発信器、６……管路、６ａ〜６ｄ……取付孔、 ７……渦発生体、９ａ，１０ａ……超音波送信器、 ９ａ１，９ｂ１，１０ａ１，１０ｂ１……先端部、 ９ｂ，１０ｂ……超音波受信器、１１……位相比較器。
Claims (1)
- 【請求項１】流路を形成する管路壁に流路をはさんで対
向配置された超音波送信器と超音波受信器のうち、該超
音波送信器より送信された超音波を該流体中を伝播させ
て該超音波受信器によって受信させ、該超音波受信器の
出力超音波信号から前記管路中に設けられた渦発生体に
より生成される渦による位相変調を検知することによ
り、前記流体の流速または流量を測定する構成とした渦
流量計において、 前記超音波送信器として第１及び第２の超音波送信器を
前記渦発生体の下流の管路壁に、又前記超音波受信器と
して第１及び第２の超音波受信器を夫々該第１及び第２
の超音波送信器と対向する管路壁であって、該第１の超
音波送信器から該第１の超音波受信器へ到る第１の超音
波伝播経路と、該第２の超音波送信器から該第２の超音
波受信器へ到る第２の超音波伝播経路とが互いに交差し
逆向きになるよう配設したことを特徴とする渦流量計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63123060A JPH0660832B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 渦流量計 |
| US07/354,222 US4924710A (en) | 1988-05-20 | 1989-05-19 | Vortex flowmeter |
| CN89104405A CN1022133C (zh) | 1988-05-20 | 1989-05-20 | 涡流流量计 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63123060A JPH0660832B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01292212A JPH01292212A (ja) | 1989-11-24 |
| JPH0660832B2 true JPH0660832B2 (ja) | 1994-08-10 |
Family
ID=14851206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63123060A Expired - Lifetime JPH0660832B2 (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 渦流量計 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4924710A (ja) |
| JP (1) | JPH0660832B2 (ja) |
| CN (1) | CN1022133C (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2296300T3 (es) * | 1996-06-12 | 2008-04-16 | Racine Federated Inc. | Caudalimetro de vortice ultrasonico que tiene procesado de señales a distancia. |
| US5728947A (en) * | 1996-06-12 | 1998-03-17 | Asahi/America, Inc. | Ultrasonic vortex flowmeter having clamp-on housing |
| US6627465B2 (en) * | 2001-08-30 | 2003-09-30 | Micron Technology, Inc. | System and method for detecting flow in a mass flow controller |
| LU90883B1 (en) * | 2002-01-23 | 2003-07-24 | Wurth Paul Sa | Method and device for monotoring a mass flow in a pneumatic pipeline |
| RU2324171C2 (ru) * | 2003-07-18 | 2008-05-10 | Роузмаунт Инк. | Диагностика процесса |
| US7866211B2 (en) * | 2004-07-16 | 2011-01-11 | Rosemount Inc. | Fouling and corrosion detector for process control industries |
| US7726201B2 (en) * | 2007-08-22 | 2010-06-01 | Invensys Systems, Inc. | Triple redundancy vortex flowmeter system |
| US7658114B1 (en) * | 2008-11-17 | 2010-02-09 | General Electric Company | Ultrasonic flow meter |
| EP2282178B1 (en) * | 2009-07-23 | 2016-10-19 | Elster NV/SA | Ultrasonic flowmeter for measuring a flow characteristic of a fluid in a conduit |
| US10267740B2 (en) | 2012-03-30 | 2019-04-23 | Johnson Matthey Public Limited Company | Tracer and method of identifying tracer in product |
| RU2515129C1 (ru) * | 2012-09-28 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Вихревой расходомер |
| RU2640122C1 (ru) * | 2016-10-27 | 2017-12-26 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Вихреакустический преобразователь расхода |
| RU172144U1 (ru) * | 2017-04-20 | 2017-06-29 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Вихреакустический расходомер |
| RU2653776C1 (ru) * | 2017-05-23 | 2018-05-14 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Вихреакустический расходомер |
| JP6703969B2 (ja) * | 2017-09-25 | 2020-06-03 | Ckd株式会社 | 渦流量計 |
| US10845224B2 (en) | 2018-12-03 | 2020-11-24 | Saudi Arabian Oil Company | Ultrasonic flow measurement for multiphase fluids using swirl blade section causing vortical flow for central gas flow region |
| CN110057411B (zh) * | 2019-03-12 | 2020-09-25 | 王涵青 | 一种基于声发射信号的流量检测方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3886794A (en) * | 1974-03-11 | 1975-06-03 | Westinghouse Electric Corp | Flowmeter apparatus and method |
| JPS54121780A (en) * | 1978-03-14 | 1979-09-21 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Measuring apparatus of velocity of flow |
| JPS5725141A (en) * | 1980-07-21 | 1982-02-09 | Hitachi Ltd | Manufacture of coil for rotary electric machine |
| JPS5832333A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-25 | Hitachi Ltd | 螢光膜形成方法 |
| JPH0792396B2 (ja) * | 1987-09-19 | 1995-10-09 | トキコ株式会社 | 渦流量計 |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP63123060A patent/JPH0660832B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-05-19 US US07/354,222 patent/US4924710A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-05-20 CN CN89104405A patent/CN1022133C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4924710A (en) | 1990-05-15 |
| CN1022133C (zh) | 1993-09-15 |
| CN1038159A (zh) | 1989-12-20 |
| JPH01292212A (ja) | 1989-11-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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