JPH0734346Y2

JPH0734346Y2 - 相関式流量計

Info

Publication number: JPH0734346Y2
Application number: JP1987059623U
Authority: JP
Inventors: 豊稲田
Original assignee: トキコ株式会社
Priority date: 1987-04-20
Filing date: 1987-04-20
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2002-04-20
Also published as: JPS63167221U

Description

【考案の詳細な説明】「産業上の利用分野」本考案は、流れの情報を流路の上流側と下流側とで検出
してその相互相関値から流量を測定する相関式流量計に
関するものである。

「従来の技術」従来知られている相関式流量計としては、例えば、実開
昭60-21925号公報、実開昭60-25920号公報に記載された
ものがある。これら流量計は、流れの方向に間隔を老い
た複数箇所に、この流れの変化に対応する検出信号、例
えば、超音波の伝播特性、あるいは流体の静電容量等を
出力するセンサを設けておき、これら各センサの測定デ
ータの相関関係から、流体に生じた“流れの乱れ”が各
センサに検出される時間差を演算し、よって流体の流量
を知ることができるようになっている。

第４図は、センサに超音波式センサを用いた前記従来の
相関式流量計の一例を示す図である。図中、符号１は流
量の測定が行なわれる配管であり、この配管１には、そ
の流れ方向に間隔を置いて上流側センサ２、下流側セン
サ３が設けられている。これら上流側センサ２及び下流
側センサ３は互いに同一の構成とされており、配管１の
外周に配設された超音波発信器（以下、単に発信器と称
する）2a、3aと、配管１を挾んで発信器2a、3aと相対向
する位置に配設され、発信器2a、3aから発信される超音
波信号を受信する超音波受信器（以下、単に受信器と称
する）2b、3bとから構成されている。

前記各センサ２、３の発信器2a、3aには超音波源４が接
続され、この超音波源４の駆動により、各発信器2a、3a
から各受信器2b、3bに向って超音波が発信され、この超
音波は管路を横断して各受信器2b、3bにより受信され、
ここで電気信号に変換される。

また、各受信器2b、3bには信号処理器5a、5bが接続され
ており、各受信器2b、3bからの電気信号が入力されるよ
うになっている。配管１内の流体の流れに乱れが生じて
この入力信号が変調を受けると、信号処理器5a、5bから
その乱れ信号がA/D変換器６にてA/D変換され、相関演算
器７に出力される。そして、前記相関演算器７は、信号
処理器5a、5bから入力された“流れの乱れ”信号の相互
相関演算を行って、前記両センサ２、３間における“流
れの乱れ”信号の時間遅れτを測定結果として出力する
のである。

以下に、このような構成を有する相関式流量計による前
記時間差の演算方法をより具体的に説明する。各センサ
は、流体の流れ方向に所定の間隔を置いて配設されてい
るから、これらセンサが流れの乱れを検出するタイミン
グには、流速及び上流側、下流側センサ間の間隔に比例
する時間遅れτが生じる。また、各受信器2b、3bにより
測定される信号は、時間ｔを変数とする関数ｆ（ｔ）お
よびｇ（ｔ）で表される波形となり、これらの関数ｆ
（ｔ）、ｇ（ｔ）は、前記時間遅れτに相当する位相差
をもったほぼ同一の波形（厳密には、流体及び流路によ
り若干変形した波形）となる。従って、これらｆ
（ｔ）、ｇ（ｔ）の間には前記時間遅れτを変数とする
相互相関関係が成立する。

よって、関数ｆ（ｔ）とｇ（ｔ−τ）との積を一定の区
間〔0,T〕に亙って時間ｔで積分した式が最大となる場合（両関数の位相差が無くなる場合）の
τｍを求めれば、これがセンサ間での流れの乱れが検出
される時間遅れτの実測値となる。実際には、次式で与
えられる値Ｒ（τ）が最大値を取るときのτｍ＝ｍ×Δ
ｔを時間遅れτの実測値とすればよい（第５図参照）。

（Ｎ＝T/Δｔ）そして、前記上流側及び下流側のセンサ間の距離をＬと
すれば、この区間における流体の流速Ｖは、Ｖ＝L/τｍ …（３）により与えられ、さらに流路内での流速がほぼ均一であ
ると仮定し、流路の断面積をＳとすれば、前記区間にお
ける流体の流量Ｑは、Ｑ＝Ｖ・Ｓ …（４）により求めることができる。

「考案が解決しようとする問題点」ところで、上記のような相関式流量計においては、“流
れの乱れ”を上流側センサと下流側センサのそれぞれが
検知して、それらの時間差から流速を算出して流量を知
るわけであるが、一般に良く知られているように、“流
れの乱れ”は、流体の流速の小さい範囲、いわゆるレイ
ノズル数の小さいところでは発生しにくい。したがっ
て、測定すべき流体の流速が小さい場合は、“流れの乱
れ”を検出するのが困難となる上、ノイズの影響も受け
易くなり測定誤差が生じ易いといった問題があった。

本考案は上記の事情に鑑みてなされたもので、レイノズ
ル数の小さい流れの状態においても確実な測定ができる
相関式流量計の実現を目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」本考案は、流体の流路の流れ方向に相互に間隔を置いた
複数箇所に、流れの変化に対応する検出信号を出力する
センサを配設し、これら各センサの検出信号の相互相関
値から前記流体の流量を測定する相関式流量計におい
て、前記各センサの上流側に位置する流路の内壁に凹凸
を形成したことを特徴とするものである。

「作用」前記凹凸により流体は、レイノズル数が小さい領域にお
いても強制的に流れの乱れが発生した状態とされる。し
かも、管内面がある程度以上粗くなった場合には、ムー
ディ（Moody）線図にも示されるように管摩擦係数がレ
イノイズ数によらず一定となるから、これにより安定し
た正確な測定がなされる。

「実施例」以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本考案を超音波式相関流量計に適用した例を示
したもので、図中、符号10は流量の測定が行なわれる配
管である。また第２図は第１図のＩ−Ｉ断面図を示すも
のである。

配管10の外周に上流側センサ11が設けられる一方、その
下流側（図中右側）には、前記上流側センサ11から管軸
方向に間隔を置いて下流側センサ12が設けられている。
これら上流側センサ11および下流側センサ12は互いに同
一の構成とされており、配管10の外周に配設された発信
器11a,12aと、配管10を挾んで発信器11a,12aと相対向す
る位置に配設され、発信器11a,12aから発信される超音
波信号を受信する受信器11b,12bとからなるものであ
る。

前記各センサ11、12の発信器11a,12aには超音波源13が
接続されている。この超音波源13の駆動により、各発信
器11a,12aから各受信器11b,12bに向って超音波が発信さ
れ、この超音波は管路を横断して各受信器11b,12bによ
り受信され、ここで電気信号に変換される。

各受信器11b,12bには信号処理器14a,14bが接続されてお
り、前記受信器11b,12bからの電気信号がこれら信号処
理器14a,14bにより所定の電気信号にされた後、相関演
算器15に入力されて相互相関演算処理を受けるようにな
っている。

そして、前記両センサ11、12の上流側における配管10の
内部には、その内面に沿った凹凸形成体17が設けられて
いる。該凹凸形成体17の本実施例におけるものは第３図
に示す如くのもので、ステンレス製の有孔板（パンチン
グメタル）を丸めて円筒状に形成したものである。

以上のように構成された相関式流量計では、配管10内を
流れる流体は、前記上流側および下流側センサ11、12が
設置された場所に到達する以前に凹凸形成体17が設けら
れた領域を通過する。すなわち、配管10は凹凸形成体17
が設置された部分において管内壁を粗く形成されたもの
と同様の作用を示し、その結果、ここを通過する流体
は、乱れが小さい状態で流れてきた場合でも乱れが大き
く生じることとなる。流体は、この凹凸形成体17の設置
された部分の通過後に前記上流側センサ11および下流側
センサ12が付設された部分を通過するため、流れの乱れ
を大きく生じた状態で前記上流側センサ11部、さらに続
いて下流側センサ12部を通過するのである。

このように強制的に流れの乱れを生じさせると、前記セ
ンサ11、12による乱れの検出レベルを十分に大きくし
て、定常的なノイズから“流れの乱れ信号”を際立たせ
ることができる。また、前記相関演算器15による相互相
関演算の際に、前記受信器11b、12bに検出される乱れ以
外のノイズの影響を排除することができ、これらの相乗
効果により、流れの乱れ信号とノイズとの間のSN比がわ
るい場合であってもノイズの影響を排除して確実に流量
（流速）を測定することができる。しかも、測定値に密
接に関係する管内流速分布に影響を及ぼす管摩擦係数
は、ムーディ（Moody）線図にも示されるように、管内
面がある程度以上粗くなるとレイノズル数によらず一定
値となることから、より安定で正確な測定を行うことが
できる。

ところで、前記上流側センサ11および下流側センサ12
は、これらを既設の配管10にあとから付設することも可
能であるが、通常ではこれらセンサ11、12は予めフラン
ジ結合可能とされた短管10aに付設されて、この短管10a
を流路における流量測定位置に接続すればよい構成とな
っている。従って、センサ11、12の近傍には殆どの場合
フランジ部19が存在し、このため、前記凹凸形成体17は
このフランジ部19から簡単に配管10内に挿着することが
できる。また、同じ理由で交換も簡単である。

本実施例では凹凸形成体17として、上記したように有孔
板より形成した円筒体のものを使用しているが、流れの
乱れの大きさは、この有孔板に形成される孔18の大きさ
や数、配列、さらには有孔板の全長等により自由に変え
ることができる。しかも、この有孔板（凹凸形成体17）
は、配管10の断面を横切ることなくその流路に沿って形
成されているものであるから、流体の大きな圧力損失を
生ずることなく流れの乱れを発生することができる。

「考案の変形実施例」上記実施例では、凹凸形成体17を有孔板により形成した
円筒体としているが、この凹凸形成体17は、前記上流側
センサ11のさらに上流側において配管10の内壁部を凹凸
状とするものであればよく、上記実施例の他に例えば下
記のような手段によるものであってもよい。

（ａ）配管内面に、管内壁より若干内部に突出するよう
なリング体を適宜な間隔で装着したもの。

（ｂ）配管内面に、粒状体をランダムに付設したもの。

（ｃ）配管内面に直接、溝加工や腐食加工により凹凸を
形成したもの。

また、本実施例では、管内流体の流れの乱れを検出する
センサを超音波式のものとしているが、静電容量式、電
磁式のものなどであってもよい。さらに、上記実施例に
おいては流れの乱れを流路の上流側および下流側の２箇
所にて測定するものとしたが、さらに多数箇所に同様の
センサを設けてそれらの相関値を求めるようにしてもよ
い。

「考案の効果」以上説明したように、本考案は、流体の流路の流れ方向
に相互に間隔を置いた複数箇所に流れの変化に対応する
検出信号を出力するセンサを配設し、これら各センサの
検出信号の相互相関値から前記流体の流量を測定する相
関式流量計において、前記各センサの上流側に位置する
流路の内壁に凹凸を形成したものであるから、管内の流
体がレイノルズ数の小さい流れの状態であっても十分に
大きな流れの乱れを発生させることができ、流れの乱れ
を検出するセンサによる検出レベルを上げ、延いては相
関演算器による相互相関演算すなわち流量の測定を容易
にかつ正確に実施することが可能となる。また、強制的
に流れに乱れを与えるため管内壁部に形成する凹凸は管
壁面に直接形成するのは無論、凹凸形成体を別体として
取り付け、交換可能に構成することができるばかりでな
く、その凹凸の大きさつまり粗さは、流体の流速、流
量、粘性等に応じて任意に設定することができるから、
管内面がある程度以上粗くなると測定値に密接に関係す
る管内流速分布に影響を及ぼす管摩擦係数がレイノズル
数によらず一定値となる、といった作用を利用してより
安定した正確な測定を行うことも可能である。しかも、
凹凸は管路断面を横断して設けられるものではなく流路
方向に沿って形成されるものであるから、流体の圧力損
失をできるだけ小さいものとしつつ乱れを与えることが
できる、等の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すもので、相関式流量計
の一部断面を含む正面図、第２図は第１図におけるＩ−
Ｉ断面図、第３図は凹凸形成体の斜視図、第４図は従来
の相関式流量計の一例を示す一部断面を含む正面図、第
５図は流れの乱れの時間遅れと相互相関の演算結果との
関係を示す図である。 10……配管、11……上流側センサ（センサ）、12……下
流側センサ（センサ）、15……相関演算器、17……凹凸
形成体（凹凸）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】流体の流路の流れ方向に相互に間隔を置い
た複数箇所に、流れの変化に対応する検出信号を出力す
るセンサが配設され、これら各センサの検出信号の相互
相関値から前記流体の流量を測定する相関式流量計にお
いて、前記各センサの上流側に位置する流路の内壁に凹
凸を形成したことを特徴とする相関式流量計。