JPH0791990A - Whistle type flow meter - Google Patents
Whistle type flow meterInfo
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- JPH0791990A JPH0791990A JP25903093A JP25903093A JPH0791990A JP H0791990 A JPH0791990 A JP H0791990A JP 25903093 A JP25903093 A JP 25903093A JP 25903093 A JP25903093 A JP 25903093A JP H0791990 A JPH0791990 A JP H0791990A
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- sound
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡潔な構造で且つ導電性でない流体について
流量の計測が可能なコンパクト化し易い流量計を提供す
ること。
【構成】 (a)流体の流入口1aと、該流体が共鳴す
る共鳴空間1cと、該共鳴空間1c内で流体とともに運
動可能な小球1dと、回転運動後の流体が流出する流出
口1bとを有し、該流出口1bに流体の流入方向と逆ら
う向きにエッジ1eが設けられたホイッスル構造の発音
ユニット1と、(b)該発音ユニット1の共鳴空間1c
における流体の共鳴および小球1dの運動により発音ユ
ニット1から発生する音を集音するマイクロフォン2の
ような集音手段と、(c)集音手段からの出力信号の周
波数成分のうち発音ユニット1による発生音の基本周波
数成分のレベル低下の周期を検出する周期検出手段と、
(d)予め定めた流量と周期との関係式から基本周波数
成分のレベル低下の周期に基づいて流体の流量を演算す
る流量演算手段6とにより流量計を構成した。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a flowmeter having a simple structure and capable of measuring the flow rate of a fluid which is not electrically conductive and which can be easily made compact. (A) A fluid inlet 1a, a resonance space 1c in which the fluid resonates, a small ball 1d movable with the fluid in the resonance space 1c, and an outlet 1b through which the fluid after rotational movement flows out. And a sound producing unit 1 having a whistle structure having an edge 1e provided in the outlet 1b in a direction opposite to a fluid inflow direction, and (b) a resonance space 1c of the sound producing unit 1.
Sound collecting means such as a microphone 2 for collecting the sound generated from the sound generating unit 1 by the resonance of the fluid and the movement of the small balls 1d, and (c) the sound generating unit 1 among the frequency components of the output signal from the sound collecting means. Cycle detecting means for detecting the cycle of the level decrease of the fundamental frequency component of the sound generated by,
(D) A flow meter is constituted by the flow rate calculation means 6 which calculates the flow rate of the fluid based on the cycle of the level decrease of the fundamental frequency component from the predetermined relational expression of the flow rate and the cycle.
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はホイッスル構造を利用し
て気体や液体などの流体の流量を計測するホイッスル式
流量計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a whistle type flow meter which measures the flow rate of a fluid such as gas or liquid using a whistle structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、気体や液体の流量を計測する流量
計は数多く知られており、原理や構造あるいは用途から
さまざまに分類することができる。たとえば容積流量計
は、回転子やピストンなどの可動部を内蔵しており、こ
の可動部とケースとにより形成される計量空間部から可
動部の1サイクルで一定容積の流体が吐出されるように
なっており、可動部のサイクル数をカウントすることに
より流量を知ることができる。タービン流量計はこのタ
イプに属する。一方、電磁流量計は導電性のある流体の
流れ方向に直角に磁界をかけると、流体の流れ方向と磁
界の双方に直交する位置に置かれた電極に流速と磁界の
強さに比例した起電力が発生するので、磁界の強さを一
定にしておけば流速に比例した起電力が得られ、この流
速が流量に比例することから流量を計測することができ
る。このように流路内に可動部を持たないタイプの流量
計には、音響式流量計(超音波流量計を含む)や熱流量
計あるいはオリフィスを用いた絞り流量計などがある。2. Description of the Related Art Conventionally, many flowmeters for measuring the flow rate of gas or liquid have been known and can be classified into various types according to the principle, structure or use. For example, a volumetric flow meter has a built-in movable part such as a rotor and a piston, so that a fixed volume of fluid is discharged from the measuring space formed by the movable part and a case in one cycle of the movable part. Therefore, the flow rate can be known by counting the number of cycles of the movable part. Turbine flow meters belong to this type. On the other hand, when an electromagnetic flowmeter applies a magnetic field at right angles to the flow direction of a conductive fluid, an electrode placed at a position orthogonal to both the flow direction of the fluid and the magnetic field is proportional to the flow velocity and the strength of the magnetic field. Since electric power is generated, if the strength of the magnetic field is kept constant, an electromotive force proportional to the flow velocity is obtained, and since the flow velocity is proportional to the flow amount, the flow amount can be measured. As described above, there are acoustic flowmeters (including ultrasonic flowmeters), thermal flowmeters, throttle flowmeters that use orifices, and the like, as flowmeters of the type that have no moving parts in the flow path.
【0003】ところで、容量流量計は可動部を有するた
めに、流体の流れ抵抗が生じ、コンパクト化に限界があ
り、故障時の対応がやりにくい、などの問題があるため
用途に限界がある。また電磁流量計は導電性流体のみが
測定対象になるので、計測できる流体に限界がある。そ
の他の流量計にも固有の長所短所がある。By the way, since the capacitive flowmeter has a movable part, flow resistance of fluid is generated, there is a limit to downsizing, and it is difficult to deal with a failure, so that there is a limit to its application. In addition, since the electromagnetic flowmeter measures only the conductive fluid, there is a limit to the fluid that can be measured. Other flow meters also have their own strengths and weaknesses.
【0004】このように流量計は動作原理や構造がそれ
ぞれ異なるために一種類であらゆる要件を満足するわけ
にはいかず、用途に応じて適切な流量計を選択すること
が肝要であるそこで、本発明者は電車の車掌や体育の先
生が使う笛に代表されるホイッスルに着目して実験を試
みたところ、人が口から吹き込む風量が毎時1200〜
1500リットル以下で吹き込み風量を毎時0リットル
から徐々に増加させていくと、吹き込み風量と発生する
音の周波数との間にはほぼ直線的な関係があることが判
明した。そこで本発明者はこの事実を利用すれば流量が
計測できることに着目し、平成5年9月16日付けでこ
の風量(流量)領域で発生音の周波数から流量の計測を
行うホイッスル式流量計について特許出願をした。As described above, since the flowmeters have different operating principles and structures, one type cannot satisfy all requirements, and it is important to select an appropriate flowmeter according to the application. The inventor tried an experiment focusing on a whistle represented by a whistle used by a conductor of a train or a physical education teacher.
It was found that when the blown air volume was gradually increased from 0 liter per hour at 1500 liters or less, there was a substantially linear relationship between the blown air volume and the frequency of the generated sound. Therefore, the present inventor paid attention to the fact that the flow rate can be measured by utilizing this fact, and regarding the whistle type flow meter which measures the flow rate from the frequency of the sound generated in this air volume (flow rate) region as of September 16, 1993. Filed a patent application.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが風量すなわち
流量がこの領域(毎時1200〜1500リットル)を
越えると、流量と発生音の周波数との間に直線関係がな
くなるために発生音の周波数からは流量の計測ができな
いという問題がある。However, when the air volume, that is, the flow rate exceeds this region (1200 to 1500 liters per hour), there is no linear relationship between the flow rate and the frequency of the generated sound, so that the flow rate is different from the frequency of the generated sound. There is a problem that can not be measured.
【0006】そこで本発明者は上記笛の中に笛の音を和
らげるために小球が入っており笛を吹くとその小球が回
転し発生音が周期的に変化する点に着目し、本発明は安
定した音が出る風量(流量)領域において簡潔なホイッ
スル構造でかつ導電性でない流体についても流量の計測
が可能なコンパクト化し易い流量計を提供することを目
的とする。Therefore, the present inventor has noticed that a small ball is included in the whistle to soften the sound of the whistle, and when the whistle is blown, the small ball rotates and the generated sound changes periodically, and the book It is an object of the present invention to provide a flowmeter which has a simple whistle structure in the air volume (flow rate) region where a stable sound is produced and can measure the flow rate of a fluid that is not electrically conductive and which can be easily made compact.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、上記の目的を達成するために、(a)流体の流入口
と、該流体が共鳴する共鳴空間と、該共鳴空間内で流体
とともに運動可能な小球と、回転運動後の流体が流出す
る流出口とを有し、該流出口に流体の流入方向と逆らう
向きにエッジが設けられたホイッスル構造の発音ユニッ
トと、(b)該発音ユニットの共鳴空間における流体の
共鳴および前記小球の運動により発音ユニットから発生
する音を集音する集音手段と、(c)該集音手段からの
出力信号の周波数成分のうち前記発音ユニットによる発
生音の基本周波数成分のレベル低下の周期を検出する周
期検出手段と、(d)予め定めた流量と周期との関係式
から前記基本周波数成分のレベル低下の周期に基づいて
流体の流量を演算する流量演算手段とにより流量計を構
成した。According to one aspect of the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, (a) a fluid inlet, a resonance space in which the fluid resonates, and a resonance space in the resonance space. A whistle structure sounding unit having a small ball movable with the fluid and an outlet through which the fluid after the rotational movement flows out, the edge being provided at the outlet in a direction opposite to the inflow direction of the fluid; ) Sound collecting means for collecting a sound generated from the sound generating unit due to the resonance of the fluid in the resonance space of the sound generating unit and the movement of the small balls; and (c) the frequency component of the output signal from the sound collecting means, Cycle detecting means for detecting the cycle of the level decrease of the fundamental frequency component of the sound generated by the sounding unit, and (d) the relational expression between the predetermined flow rate and the cycle, based on the cycle of the level decrease of the fundamental frequency component of the fluid. Calculate the flow rate To constitute a flow meter by the flow rate calculating means.
【0008】本発明の他の態様によれば、(a)流体の
流入口と、該流体が共鳴する共鳴空間と、該共鳴空間内
で流体とともに運動可能な小球と、回転運動後の流体が
流出する流出口とを有し、該流出口に流体の流入方向と
逆らう向きにエッジが設けられたホイッスル構造の発音
ユニットと、(b)該発音ユニットの共鳴空間における
流体の共鳴および前記小球の運動により発音ユニットか
ら発生する音を集音する集音手段と、(c)該集音手段
からの出力信号の周波数成分のうち前記小球により発生
する音の周波数成分の周期を検出する周期検出手段と、
(d)予め定めた流量と周期との関係式から、すでに検
出した周期に基づいて流体の流量を演算する流量演算手
段とにより流量計を構成した。According to another aspect of the present invention, (a) a fluid inlet, a resonance space in which the fluid resonates, a small ball movable with the fluid in the resonance space, and the fluid after the rotational movement. A sound generating unit having a whistle structure in which an edge is provided in the outlet in a direction opposite to the inflow direction of the fluid, and (b) the resonance of the fluid in the resonance space of the sound generating unit Sound collecting means for collecting the sound generated from the sounding unit by the movement of the sphere; and (c) detecting the cycle of the frequency component of the sound generated by the small sphere among the frequency components of the output signal from the sound collecting means. Cycle detection means,
(D) A flowmeter is constituted by a flow rate calculating means for calculating the flow rate of the fluid based on the cycle already detected from the relational expression between the predetermined flow rate and the cycle.
【0009】[0009]
【作用】本発明は以上の構成によって、流体が発音ユニ
ットに流入すると共鳴空間における流体の共鳴および小
球の回転運動によって発音ユニットから音が出るので、
その音を集音手段により集音しその基本周波数成分のレ
ベル低下の周期を検出するかまたは小球の運動により発
生する音の周波数成分の周期を検出し、予め実験により
用意した流量と周期との関係式から、すでに検出した周
期に基づいて流量演算手段により流量を演算する。According to the present invention, when the fluid flows into the sounding unit, the sound is emitted from the sounding unit due to the resonance of the fluid in the resonance space and the rotational movement of the small balls.
The sound is collected by the sound collecting means to detect the cycle of the level decrease of the fundamental frequency component or the cycle of the frequency component of the sound generated by the movement of the small ball, and the flow rate and the cycle prepared in advance by experiments. From the relational expression of, the flow rate is calculated by the flow rate calculation means based on the already detected period.
【0010】[0010]
【実施例】以下に本発明を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【0011】図1は本発明の一実施例としてガス流量計
測用のホイッスル式流量計を示す。FIG. 1 shows a whistle type flow meter for measuring a gas flow rate as an embodiment of the present invention.
【0012】ホイッスル式流量計は、ガス管路10a、
10bの途中にホイッスル構造の発音ユニット1を接続
し、ガスが流れている時にこの発音ユニット1から発生
する音を集めるためのマイクロフォン2を一部に取り付
け、このマイクロフォン2から取り出される信号に含ま
れる雑音をローパスフィルタ3を介して除去するととも
に信号レベルをこのローパスフィルタ3により次のスペ
クトルアナライザ4の分解能以下に設定し、スペクトル
アナライザ4により信号レベルを周波数ごとに分析しデ
ジタルデータとする。次のカウンタ/タイマ5では、ス
ペクトルアナライザ4からのデジタル出力データのうち
発音ユニット1により発する音の基本周波数成分に着目
し、その基本周波数成分のレベルが所定のしきい値以下
となる回数をカウントし、そのカウント値が所定の値に
達するまでに要した時間を計測する。流量演算器6で
は、カウンタ/タイマ5からのデータに基づいて発音ユ
ニット1から発する音の変動周期を求め(この変動周期
が共鳴空間1c内で小球1dが回転する周期Tに相当す
る)、予め用意されている周期Tと流量Qとの関係を表
すテーブルからこの周期Tを用いて流量Qを求め、その
結果を表示器7に表示するものである。The whistle type flow meter is composed of a gas line 10a,
A whistle structure sounding unit 1 is connected in the middle of 10b, a microphone 2 for collecting the sound generated from the sounding unit 1 when gas is flowing is attached to a part, and is included in a signal extracted from the microphone 2. The noise is removed through the low-pass filter 3, and the signal level is set below the resolution of the next spectrum analyzer 4 by the low-pass filter 3, and the signal level is analyzed by the spectrum analyzer 4 for each frequency to obtain digital data. The next counter / timer 5 focuses on the fundamental frequency component of the sound emitted by the sounding unit 1 in the digital output data from the spectrum analyzer 4 and counts the number of times that the level of the fundamental frequency component is below a predetermined threshold value. Then, the time required for the count value to reach a predetermined value is measured. In the flow rate calculator 6, the fluctuation cycle of the sound emitted from the sounding unit 1 is obtained based on the data from the counter / timer 5 (this fluctuation cycle corresponds to the cycle T in which the small sphere 1d rotates in the resonance space 1c). The flow rate Q is obtained from the table showing the relationship between the cycle T and the flow rate Q, which is prepared in advance, and the result is displayed on the display unit 7.
【0013】流量演算器6はアナログ回路で構成しても
よいし、マイコンを用いて構成してもよい。表示器7は
流量演算器6で演算した流量Qをデジタル表示またはア
ナログ表示するもので、液晶ディスプレイや指針メータ
などが用いられる。The flow rate calculator 6 may be formed of an analog circuit or a microcomputer. The display 7 displays the flow rate Q calculated by the flow rate calculator 6 digitally or in analog form, and a liquid crystal display or a pointer meter is used.
【0014】図2は発音ユニット1の斜視図、図3は発
音ユニット1の長手方向断面図である。FIG. 2 is a perspective view of the sounding unit 1, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the sounding unit 1.
【0015】ホイッスル式流量計の発音ユニット1は、
図1ないし図3からわかるように、管路10aから流入
するガスを受ける横長の流入口1aと、管路10bにガ
スを流出する流出口1bと、内部に共鳴空間1cとを有
する樹脂の一体成形体から成り、共鳴空間1c内にはた
とえばコルク製の小球1dが自由に運動できる状態で収
納されている。流入口1aと共鳴空間1cとは流路Pで
連結されており、流出口1bにはガスの流入方向に逆ら
う向きに傾斜してエッジ1eが形成されている。流入口
1aを横長にしたのでエッジ1eでのガスの流速が大き
くなって発音ユニット1から安定した音が出るようにな
るとともに、共鳴空間1c内でのガスおよび小球1dの
回転運動が円滑になる。共鳴空間1cは図2および図3
からわかるようにほぼ円筒状の空間とするのが好まし
い。なお、図2に示したように、流路Pの終端部S(共
鳴空間1cに開口する部分)の開口高さをDとし、共鳴
空間1cを円筒状としたときの半径をRとすると、D≧
Rのときは共鳴空間1c内でのガスおよび小球1dの回
転運動が生じにくくなるので発音ユニット1からは音が
出ず計測不能となる。The sounding unit 1 of the whistle type flow meter is
As can be seen from FIGS. 1 to 3, a resin is integrally formed having a horizontally long inlet 1a for receiving gas flowing in from a pipe 10a, an outlet 1b for discharging gas to the pipe 10b, and a resonance space 1c inside. The resonance space 1c is formed of a molded body, and a small ball 1d made of, for example, cork is accommodated in a freely movable state. The inflow port 1a and the resonance space 1c are connected by a flow path P, and the outflow port 1b is formed with an edge 1e inclined in a direction opposite to the gas inflow direction. Since the inlet 1a is horizontally long, the flow velocity of the gas at the edge 1e is increased and a stable sound is produced from the sounding unit 1, and the rotational movement of the gas and the small balls 1d in the resonance space 1c is smoothly performed. Become. The resonance space 1c is shown in FIGS.
As can be seen from the above, it is preferable to make the space substantially cylindrical. Note that, as shown in FIG. 2, when the opening height of the terminal end portion S (portion opening to the resonance space 1c) of the flow path P is D and the radius when the resonance space 1c is cylindrical is R, D ≧
In the case of R, the rotational movement of the gas and the small balls 1d in the resonance space 1c becomes difficult to occur, so no sound is produced from the sound producing unit 1 and measurement becomes impossible.
【0016】発音ユニット1の共鳴空間1cを形成する
一方の側壁1fには円形の穴1gが開けられており、こ
の位置にマイクロフォン2が気密に取り付けられてい
る。穴1gを設けるのは発音ユニット1で発生する音を
効率よく集音するためである。マイクロフォン2は普通
の構造のものでよく、その周波数特性も50〜3000
HZ をカバーすればよいので、市販のもので十分間に合
う。なお、同じガス流量に対して発音ユニット1から発
する音の周波数は発音ユニット1の共鳴空間1cの容積
によって変化するので、使用するマイクロフォン2の周
波数特性は発音ユニット1の設計によって決めればよ
い。A circular hole 1g is formed in one side wall 1f forming the resonance space 1c of the sound producing unit 1, and a microphone 2 is hermetically attached at this position. The holes 1g are provided in order to efficiently collect the sound generated by the sound generation unit 1. The microphone 2 may have an ordinary structure and has a frequency characteristic of 50 to 3000.
It suffices to cover H Z , so a commercially available product will suffice. The frequency of the sound emitted from the sounding unit 1 for the same gas flow rate changes depending on the volume of the resonance space 1c of the sounding unit 1, so the frequency characteristic of the microphone 2 used may be determined by the design of the sounding unit 1.
【0017】図1には、ローパスフィルタ3の出力
(a)、スペクトルアナライザ4の出力(b)、カウン
タ/タイマ5の出力(c)を示してある。FIG. 1 shows the output (a) of the low-pass filter 3, the output (b) of the spectrum analyzer 4, and the output (c) of the counter / timer 5.
【0018】さて上記構成のホイッスル式流量計におい
て、管路10aから流入するガスは発音ユニット1の共
鳴空間1cで共鳴して発音するとともに、共鳴空間1c
内の小球1dを共鳴空間1cの内面に沿って円運動させ
る。小球1dの半径をrとすると、速度vで円運動する
小球1dに働く力FはF=6πμ(U−v)r(μは空
気の粘性係数、Uは小球1dの移動速度)となり、小球
1dはガスの流速に応じた速度で円運動するので、流出
口1bを周期的に通過する際に発音ユニット1により発
生する音の周波数が変化する。図4はマイクロフォン2
から出力する信号の周波数の変化を小球1dの位置とと
もに示す。In the whistle type flow meter having the above structure, the gas flowing in from the conduit 10a resonates in the resonance space 1c of the sounding unit 1 to generate sound, and the resonance space 1c.
The inner small ball 1d is circularly moved along the inner surface of the resonance space 1c. Assuming that the radius of the small sphere 1d is r, the force F acting on the small sphere 1d circularly moving at a speed v is F = 6πμ (U−v) r (μ is the viscosity coefficient of air, U is the moving speed of the small sphere 1d). Since the small spheres 1d circularly move at a speed according to the flow velocity of gas, the frequency of the sound generated by the sounding unit 1 when passing through the outlet 1b periodically changes. FIG. 4 shows the microphone 2
The change of the frequency of the signal output from is shown with the position of the small ball 1d.
【0019】このような周波数変化をするマイクロフォ
ン2からの出力信号はローパスフィルタ3で次のスペク
トルアナライザ4の分解能以下に設定され、このスペク
トルアナライザ4により発音ユニット1から発生する音
の周波数成分ごとのレベルのデータに変換される。スペ
クトルアナライザ4の出力には発音ユニット1により発
生する音の基本周波数成分の他にその高調波が含まれて
いるので、基本周波数成分だけを出力するようにする。The output signal from the microphone 2 having such a frequency change is set by the low-pass filter 3 to be equal to or lower than the resolution of the next spectrum analyzer 4, and the spectrum analyzer 4 outputs the frequency component of each sound component generated from the sound generation unit 1. Converted to level data. Since the output of the spectrum analyzer 4 includes the fundamental frequency component of the sound generated by the sound generation unit 1 and its harmonics, only the fundamental frequency component is output.
【0020】カウンタ/タイマ5はスペクトルアナライ
ザ4から出力する基本周波数成分の信号レベルが所定の
しきい値以下となる回数をカウントし、そのカウント値
が所定値nになったときまでに要した時間tを計測す
る。流量演算器6では、カウンタ/タイマ5から得られ
るnとtから、t/nの演算により小球1dが流出口1
bを通過する周期Tを求めることができる。流量演算器
6には、図5に示すようなガス流量Qと周期Tとの関係
が予め実験で求められてテーブルとして記憶されている
ので、先に求めた周期Tからこのテーブルを用いてガス
流量Qを演算することができる。こうして上記構成のホ
イッスル式流量計により管路10a、10bを流れるガ
スの流量を連続的に計測することができる。The counter / timer 5 counts the number of times that the signal level of the fundamental frequency component output from the spectrum analyzer 4 becomes equal to or lower than a predetermined threshold value, and the time required until the count value reaches a predetermined value n. Measure t. In the flow rate calculator 6, the small sphere 1d is calculated as t / n from the n and t obtained from the counter / timer 5 and the outlet 1
The period T of passing b can be obtained. In the flow rate calculator 6, the relationship between the gas flow rate Q and the cycle T as shown in FIG. 5 is preliminarily obtained through experiments and stored as a table. Therefore, from this cycle T obtained previously, the gas is calculated using this table. The flow rate Q can be calculated. In this way, the flow rate of the gas flowing through the pipelines 10a and 10b can be continuously measured by the whistle type flow meter having the above-described configuration.
【0021】図6は本発明の他の実施例としてのガス流
量計測用のホイッスル式流量計を示す。FIG. 6 shows a whistle type flow meter for measuring a gas flow rate as another embodiment of the present invention.
【0022】この実施例は発音ユニットの構造上小球1
dが共鳴空間1cに対して大きい場合に適用されるもの
である。小球1dを共鳴空間1cに対して大きく設計す
ると小さく設計したときに比べて流体から受ける力も遠
心力も大きくなり、吹込口、吹出口付近の通過が滑らか
になる。その反面、小球1dの大きさが無視できなくな
り、エッジ1eにより発生する音の基本周波数成分が小
球1dの位置や速度による影響を常に受けるようになる
ため、上記実施例の検出方法を用いることが困難にな
る。そこで、本実施例では、小球1dの回転により発生
する音も大きくなっている点に着目し、検出を可能にす
るものである。This embodiment is a small ball 1 because of the structure of the sounding unit.
It is applied when d is larger than the resonance space 1c. When the small ball 1d is designed to be large with respect to the resonance space 1c, both the force received from the fluid and the centrifugal force are larger than when it is designed small, and the passage near the blow-in port and the blow-out port becomes smooth. On the other hand, the size of the small sphere 1d cannot be ignored, and the fundamental frequency component of the sound generated by the edge 1e is always affected by the position and speed of the small sphere 1d. Therefore, the detection method of the above embodiment is used. Becomes difficult. Therefore, in the present embodiment, attention is paid to the fact that the sound generated by the rotation of the small sphere 1d is loud, and detection is possible.
【0023】しかし、小球1dの回転により発生する音
の周波数成分のレベルよりもエッジ1eにより発生する
音の基本周波数成分のレベルが大きくなる上に、前者と
後者の周波数成分が比較的接近することもあるために、
後者の周期が検出しにくくなる。本実施例はこの点を解
決するものである。図中、図1の実施例と同じ構成要素
には同じ参照番号を付して示し、説明は省略する。However, the level of the fundamental frequency component of the sound generated by the edge 1e becomes larger than the level of the frequency component of the sound generated by the rotation of the small ball 1d, and the frequency components of the former and the latter are relatively close to each other. Sometimes,
The latter cycle becomes difficult to detect. The present embodiment solves this point. In the figure, the same components as those of the embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【0024】マイクロフォン2から出力される信号はロ
ーパスフィルタ3で雑音が除去されるとともに、1段目
のスペクトルアナライザ4の分解能以下に設定された
後、1段目のスペクトルアナライザ4により発音ユニッ
ト1から発生する音の周波数ごとのレベルのデータに変
換される。スペクトルアナライザ4の出力には発音ユニ
ット1により発生する音の基本周波数成分の他に高調波
が含まれている。図6には、ローパスフィルタ3の出力
(a)、1段目のスペクトルアナライザ4の出力
(b)、2段目のスペクトルアナライザ8の出力(c)
を示してある。The signal output from the microphone 2 is subjected to noise removal by the low-pass filter 3 and is set to be equal to or lower than the resolution of the spectrum analyzer 4 in the first stage, and then the spectrum analyzer 4 in the first stage outputs the signal from the sound generation unit 1. The generated sound is converted into level data for each frequency. The output of the spectrum analyzer 4 contains harmonics in addition to the fundamental frequency component of the sound generated by the sound generation unit 1. In FIG. 6, the output of the low pass filter 3 (a), the output of the spectrum analyzer 4 of the first stage (b), the output of the spectrum analyzer 8 of the second stage (c).
Is shown.
【0025】図7、図8、図9は、本発明者が、直径が
15mmの円筒状の共鳴空間1cと、直径が10mmの
小球1dとを有する発音ユニットを用い、流量をそれぞ
れ1250リットル/時間、1870リットル/時間、
2490リットル/時間と変えてガス流量を計測したと
きに得られたスペクトルを示す。横軸は発音ユニット1
により発生される音の周波数、縦軸は各周波数成分のレ
ベルを示す。In FIGS. 7, 8 and 9, the present inventor uses a sounding unit having a cylindrical resonance space 1c having a diameter of 15 mm and a small ball 1d having a diameter of 10 mm and a flow rate of 1250 liters each. / Hour, 1870 liters / hour,
The spectrum obtained when the gas flow rate was measured while changing it to 2490 liters / hour is shown. The horizontal axis is the sounding unit 1
The frequency of the sound generated by, and the vertical axis represents the level of each frequency component.
【0026】このスペクトルからわかるように、エッジ
1eにより発生する音の基本周波数成分Aの発生周波数
はガス流量が変化してもほぼ一定であるのに対して、小
球1dにより発生する音の周波数成分Bの発生周波数は
ガス流量が増加するにしたがって1.400kHz 、
1.575kHz 、1.725kHz と徐々に増加して
ゆく。また周波数成分Bは基本周波数成分Aよりレベル
が小さいこともわかる。これらの理由から本発明で流量
計測に必要な小球1dによる音の周波数成分Bが求めに
くい。As can be seen from this spectrum, the generation frequency of the fundamental frequency component A of the sound generated by the edge 1e is almost constant even if the gas flow rate changes, whereas the frequency of the sound generated by the small sphere 1d. 1.400KH z according occurrence frequency of the component B gas flow rate increases,
1.575kH z, slide into gradually increase the 1.725kH z. It can also be seen that the frequency component B has a smaller level than the fundamental frequency component A. For these reasons, it is difficult to obtain the frequency component B of the sound by the small sphere 1d necessary for measuring the flow rate in the present invention.
【0027】そこで1段目のスペクトルアナライザ4の
出力を2段目スペクトルアナライザ8に送ると、1段目
スペクトルアナライザ4の出力に含まれる周波数成分の
周期が取り出せる。図10は、図8に示したスペクトル
(1段目スペクトルアナライザ4の出力)を2段目のス
ペクトルアナライザ8で処理して各周波数成分の周期を
求めたものであり、横軸は時間、縦軸はゲインを示す。
図10からわかるように、エッジ1eにより発生する音
の基本周波数成分Aと小球1dにより発生する音の周波
数成分Bが明瞭に分離される。Therefore, when the output of the spectrum analyzer 4 in the first stage is sent to the spectrum analyzer 8 in the second stage, the cycle of the frequency component contained in the output of the spectrum analyzer 4 in the first stage can be extracted. FIG. 10 shows the spectrum shown in FIG. 8 (the output of the first-stage spectrum analyzer 4) processed by the second-stage spectrum analyzer 8 to find the period of each frequency component. The axis shows the gain.
As can be seen from FIG. 10, the fundamental frequency component A of the sound generated by the edge 1e and the frequency component B of the sound generated by the small ball 1d are clearly separated.
【0028】そこで次のピーク検出器9によりこの2つ
の周波数成分AおよびBを検出し、次のデジタル演算器
10において周波数成分Bの周期Tのみを演算する。流
量演算器11には、図5に示すような予め実験で求めた
ガス流量Qと周期Tとの関係がテーブルとして記憶され
ているので、先に求めた周期Tからこのテーブルを用い
てガス流量Qを演算することができる。Then, the next peak detector 9 detects these two frequency components A and B, and the next digital calculator 10 calculates only the period T of the frequency component B. Since the relationship between the gas flow rate Q and the cycle T obtained in advance as shown in FIG. 5 is stored in the flow rate calculator 11 as a table, the gas flow rate is calculated using the table from the cycle T previously obtained. Q can be calculated.
【0029】本実施例のように、小球1dが共鳴空間1
cに対して大きい発音ユニットの場合でも小球1dの回
転周期が正確に求まるので流量の計測が確実にできる。As in the present embodiment, the small sphere 1d is the resonance space 1
Even in the case of a sounding unit that is larger than c, the rotation cycle of the small balls 1d can be accurately obtained, so that the flow rate can be reliably measured.
【0030】本発明で用いられるホイッスル構造の発音
ユニットは上記実施例に示したものに限定されるもので
はない。発音ユニット1の流入口1aおよび流出口1b
の形状や位置は計測対象となる流体の管路の形状や位置
などによって自由に変えることができるし、共鳴空間1
cの形状も円筒状(断面形状が円形)に限定されるもの
ではなく、内部でのガスの流れに乱れを生じさせないよ
うな形状であれば断面形状がだ円形や角の取れた長方形
でもよい。しかし流出口1bの形状は共鳴空間1c内で
運動するガスなどの流体の運動を乱さないように配慮す
る必要がある。実施例の場合には、共鳴空間1c内での
ガスの運動方向がガスの流入方向のみに限られているの
で、流速が一定であれば流出口1bの断面形状のみで発
生する音の周波数が決まる。したがって、流出口1bの
形状は上から見て長方形または正方形でないと一様な周
波数の音を発生しなくなってしまうし、同様の理由で流
路Pの終端部S(共鳴空間1cに吹き出す部分)(図2
参照)の断面の形状も長方形でなければならない。共鳴
空間1cの外形も内部におけるガスの流れを妨げない形
状であればどのような形状でもよく、たとえばガスの流
れ方向と直角方向に延長部を有する形状でも構わない。The whistle structure sounding unit used in the present invention is not limited to the one shown in the above embodiment. Inlet 1a and outlet 1b of the sounding unit 1
The shape and position of the resonance space can be freely changed according to the shape and position of the fluid conduit to be measured.
The shape of c is not limited to the cylindrical shape (the cross-sectional shape is circular), and may be an elliptical cross-section or a rectangle with rounded corners as long as it does not disturb the gas flow inside. . However, it is necessary to consider the shape of the outlet 1b so as not to disturb the movement of fluid such as gas moving in the resonance space 1c. In the case of the embodiment, since the moving direction of the gas in the resonance space 1c is limited only to the gas inflow direction, if the flow velocity is constant, the frequency of the sound generated only by the cross-sectional shape of the outlet 1b is Decided. Therefore, unless the shape of the outlet 1b is a rectangle or a square when viewed from above, sound of a uniform frequency will not be generated, and for the same reason, the end portion S of the flow path P (the portion that blows out into the resonance space 1c). (Fig. 2
The cross-sectional shape of (see) should also be rectangular. The outer shape of the resonance space 1c may be any shape as long as it does not hinder the flow of gas inside, for example, a shape having an extension in a direction perpendicular to the gas flow direction.
【0031】また流路Pの終端部Sとエッジ1eのガス
の流入方向と直角方向の長さは必ずしも同じでなくても
よいが、いずれもガスの流入方向に対して直角になって
いなければならない。さらに、エッジ1dは、ガスが発
振現像を生ずる程度に鋭くなくてはならない。したがっ
て、発音ユニット成形体が厚い場合にはエッジ加工が必
須となるが、薄い場合には成形体の終端部の厚みを無加
工のまま利用できる場合もある。Further, the lengths of the end portion S of the flow path P and the edge 1e in the direction perpendicular to the gas inflow direction do not necessarily have to be the same, but neither is perpendicular to the gas inflow direction. I won't. Furthermore, the edge 1d must be sharp enough that the gas causes oscillating development. Therefore, when the sounding unit molded body is thick, the edge processing is indispensable, but when it is thin, the thickness of the end portion of the molded body may be used without processing.
【0032】小球1dの材料はコルクのほかに樹脂や発
泡スチロールなど計測するガスの種類や流速などを考慮
して決めるのがよい。また小球の形状は球形に限らず、
流体からの力を受けて共鳴空間内で滑らかに回転運動す
る形状であればよい。The material of the small spheres 1d is preferably determined in consideration of the kind and flow velocity of the gas to be measured such as resin and styrofoam in addition to cork. Also, the shape of the small sphere is not limited to a sphere
Any shape may be used as long as it receives a force from the fluid and smoothly rotates in the resonance space.
【0033】上記実施例では本発明の流量計をガスの流
量計測に適用したが、本発明は液体の流量計測にも適用
することができる。Although the flow meter of the present invention is applied to the flow rate measurement of gas in the above embodiment, the present invention can also be applied to the flow rate measurement of liquid.
【0034】本発明の流量計は発音ユニット内部の小球
が定常状態で回転運動する程度の流量を有する流体を測
定対象とするものであるが、流体の流量がそれ以下で小
球が回転運動するに至らない程度の流量については、本
明細書の従来技術の欄で述べた流量計と同様に、小球は
静止したままで発音ユニットにより発生する音の基本周
波数成分が流量と直線関係になる領域における扱いとし
て処理回路で流量を計測することができるので、本発明
による流量計の処理回路を流量に応じて切り替えるなど
の工夫をすることによって広い流量範囲にわたって計測
が可能となる。The flow meter of the present invention is intended to measure a fluid having a flow rate such that the small balls inside the sounding unit rotate in a steady state. When the flow rate of the fluid is less than that, the small balls rotate. As for the flow rate to the extent that does not occur, the fundamental frequency component of the sound generated by the sounding unit is in a linear relationship with the flow rate while the small ball remains stationary, as in the flow meter described in the section of the prior art of this specification. Since the flow rate can be measured by the processing circuit as a treatment in such a region, it is possible to measure over a wide flow rate range by devising such as switching the processing circuit of the flow meter according to the present invention according to the flow rate.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量計は
構造が簡潔なので小型化が可能になり、狭い場所に組み
込むことができ、特にある程度以上の流量の流量計測に
用いることができる。また可動部は極めて単純な構造な
ので信頼性が高く、故障時の対応も容易であり、流体圧
力損失も極めて少ない。さらに動作原理からみて電磁流
量計のように測定流体に導電性が要求されることがない
のであらゆる流体が測定対象になる。As described above, the flowmeter of the present invention has a simple structure, can be miniaturized, can be incorporated in a narrow space, and can be particularly used for measuring a flowrate of a certain level or more. Moreover, since the movable part has an extremely simple structure, it has high reliability, it is easy to deal with a failure, and the fluid pressure loss is extremely small. Further, from the viewpoint of the operating principle, unlike the electromagnetic flowmeter, the fluid to be measured is not required to have conductivity, so that any fluid can be measured.
【図1】本発明の一実施例としてのホイッスル式流量計
のブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram of a whistle type flow meter as an embodiment of the present invention.
【図2】本発明によるホイッスル式流量計で用いる発音
ユニットの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a sounding unit used in the whistle type flow meter according to the present invention.
【図3】図2に示した発音ユニットのA−A断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of the sounding unit shown in FIG.
【図4】小球の位置と発音ユニットから発生する音の周
波数の変化との関係を示す。FIG. 4 shows a relationship between a position of a small ball and a change in frequency of a sound generated from a sounding unit.
【図5】ガス流量Qと周期Tとの関係を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a gas flow rate Q and a cycle T.
【図6】本発明の他の実施例としてのホイッスル式流量
計のブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram of a whistle type flow meter as another embodiment of the present invention.
【図7】ある流量に対して発音ユニットにより発生され
る音の各周波数成分のレベルを示す。FIG. 7 shows the level of each frequency component of the sound produced by the sounding unit for a given flow rate.
【図8】図7とは異なる流量に対する図7と同様な図で
ある。FIG. 8 is a view similar to FIG. 7 for a different flow rate than FIG.
【図9】図8とは異なる流量に対する図7と同様な図で
ある。9 is a view similar to FIG. 7 for a different flow rate than FIG.
【図10】図8に示した流量に対する各周波数成分の周
期を示す。10 shows a cycle of each frequency component with respect to the flow rate shown in FIG.
1 発音ユニット 1a 流入口 1b 流出口 1c 共鳴空間 1d 小球 1e エッジ 2 マイクロフォン 3 ローパスフィルタ 4、8 スペクトルアナライザ 5 カウンタ/タイマ 6、11 流量演算器 10 表示器 10a、10b 管路 1 Sounding Unit 1a Inlet 1b Outlet 1c Resonance Space 1d Small Ball 1e Edge 2 Microphone 3 Low-pass Filter 4, 8 Spectrum Analyzer 5 Counter / Timer 6, 11 Flow Rate Calculator 10 Indicator 10a, 10b Pipeline
Claims (5)
空間と、該共鳴空間内で流体とともに運動可能な小球
と、回転運動後の流体が流出する流出口とを有し、該流
出口に流体の流入方向と逆らう向きにエッジが設けられ
たホイッスル構造の発音ユニットと、 該発音ユニットの共鳴空間における流体の共鳴および前
記小球の運動により発音ユニットから発生する音を集音
する集音手段と、 該集音手段からの出力信号の周波数成分のうち前記発音
ユニットによる発生音の基本周波数成分のレベル低下の
周期を検出する周期検出手段と、 予め定めた流量と周期との関係式から前記基本周波数成
分のレベル低下の周期に基づいて流体の流量を演算する
流量演算手段とを有することを特徴とするホイッスル式
流量計。1. A fluid inlet, a resonance space in which the fluid resonates, a small sphere movable with the fluid in the resonance space, and an outlet through which the fluid after rotational movement flows out. A whistle structure sounding unit having an edge provided at the outlet in a direction opposite to the fluid inflow direction, and collecting sound generated from the sounding unit by the resonance of the fluid in the resonance space of the sounding unit and the movement of the small balls. A sound collecting means, a cycle detecting means for detecting a cycle of level reduction of a fundamental frequency component of a sound generated by the sounding unit among frequency components of an output signal from the sound collecting means, and a relationship between a predetermined flow rate and a cycle A whistle type flow meter, comprising: a flow rate calculating means for calculating the flow rate of the fluid based on the formula based on the cycle of the level decrease of the fundamental frequency component.
られた請求項1に記載のホイッスル式流量計。2. The whistle type flow meter according to claim 1, wherein the sound collecting means is mounted in the vicinity of the resonance space.
の出力信号を周波数ごとのレベルとして分析するスペク
トルアナライザと、前記発音ユニットによる発生音の基
本周波数成分のレベルが所定回数だけ所定値以下に低下
するのに要する時間を計測するカウンタ/タイマとから
なるである請求項1に記載のホイッスル式流量計。3. A spectrum analyzer for analyzing the output signal from the sound collecting means as a level for each frequency by the period detecting means, and a level of a fundamental frequency component of a sound generated by the sounding unit is less than a predetermined value for a predetermined number of times. The whistle type flow meter according to claim 1, comprising a counter / timer for measuring a time required for the flow rate to decrease.
空間と、該共鳴空間内で流体とともに運動可能な小球
と、回転運動後の流体が流出する流出口とを有し、該流
出口に流体の流入方向と逆らう向きにエッジが設けられ
たホイッスル構造の発音ユニットと、 該発音ユニットの共鳴空間における流体の共鳴および前
記小球の運動により発音ユニットから発生する音を集音
する集音手段と、 該集音手段からの出力信号の周波数成分のうち前記小球
により発生する音の周波数成分の周期を検出する周期検
出手段と、 予め定めた流量と周期との関係式から前記小球により発
生する音の周波数成分の周期に基づいて流体の流量を演
算する流量演算手段とを有することを特徴とするホイッ
スル式流量計。4. A fluid inlet, a resonance space in which the fluid resonates, a small sphere movable with the fluid in the resonance space, and an outlet through which the fluid after the rotational movement flows out. A whistle structure sounding unit having an edge provided at the outlet in a direction opposite to the fluid inflow direction, and collecting sound generated from the sounding unit by the resonance of the fluid in the resonance space of the sounding unit and the movement of the small balls. Sound collecting means, cycle detecting means for detecting the cycle of the frequency component of the sound generated by the small balls among the frequency components of the output signal from the sound collecting means, and the relational expression between the predetermined flow rate and the cycle A whistle type flow meter, comprising: a flow rate calculating means for calculating a flow rate of a fluid based on a cycle of a frequency component of a sound generated by a small ball.
の出力信号を周波数ごとのレベルとして分析する第1の
スペクトルアナライザと、該第1のスペクトルアナライ
ザの出力から発音ユニットのエッジにより発生する音の
基本周波数成分の周期と前記小球により発生する音の周
波数成分の周期とを分析する第2のスペクトルアナライ
ザと、該第2のスペクトルアナライザの出力から小球に
より発生する音の周波数成分の周期を検出するデジタル
演算器とを有する請求項4に記載のホイッスル式流量
計。5. The period detecting means analyzes the output signal from the sound collecting means as a level for each frequency, and the output from the first spectrum analyzer is generated by an edge of a sounding unit. A second spectrum analyzer for analyzing the period of the fundamental frequency component of the sound and the period of the frequency component of the sound generated by the small sphere, and the frequency component of the sound generated by the small sphere from the output of the second spectrum analyzer. The whistle type flow meter according to claim 4, further comprising a digital calculator for detecting a cycle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25903093A JPH0791990A (en) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Whistle type flow meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25903093A JPH0791990A (en) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Whistle type flow meter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0791990A true JPH0791990A (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=17328368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25903093A Withdrawn JPH0791990A (en) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Whistle type flow meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791990A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006220632A (en) * | 2004-11-08 | 2006-08-24 | Atsushi Tanimoto | Speedometer |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP25903093A patent/JPH0791990A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006220632A (en) * | 2004-11-08 | 2006-08-24 | Atsushi Tanimoto | Speedometer |
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|---|---|---|---|
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