JPH0791992A - 渦流量計 - Google Patents
渦流量計Info
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- JPH0791992A JPH0791992A JP5239390A JP23939093A JPH0791992A JP H0791992 A JPH0791992 A JP H0791992A JP 5239390 A JP5239390 A JP 5239390A JP 23939093 A JP23939093 A JP 23939093A JP H0791992 A JPH0791992 A JP H0791992A
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- ultrasonic
- vortex
- ultrasonic wave
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- wave transmitter
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 管路に漏洩する超音波によるノイズの影響が
軽減されるように改良した渦流量計を提供するにある。 【構成】 渦発生体の下流側の管路の管壁に一対の超音
波送受波器を取り付け測定流体により先の渦発生体で発
生された渦に先の超音波送受波器の一方から超音波を放
射し他方の超音波送受波器で先の渦を受信する渦流量計
において、一方の先の超音波送受波器の側の先の管壁に
設けられ他方の先の超音波送受波器に向かう方向に先の
管路に対して超音波を送出する超音波送波器と、この超
音波送波器に発振器から印加される印加電圧と位相とを
調整する調整手段とを具備し、先の管路を伝播する超音
波ノイズを先の調整手段によりキャンセルするようにし
たものである。
軽減されるように改良した渦流量計を提供するにある。 【構成】 渦発生体の下流側の管路の管壁に一対の超音
波送受波器を取り付け測定流体により先の渦発生体で発
生された渦に先の超音波送受波器の一方から超音波を放
射し他方の超音波送受波器で先の渦を受信する渦流量計
において、一方の先の超音波送受波器の側の先の管壁に
設けられ他方の先の超音波送受波器に向かう方向に先の
管路に対して超音波を送出する超音波送波器と、この超
音波送波器に発振器から印加される印加電圧と位相とを
調整する調整手段とを具備し、先の管路を伝播する超音
波ノイズを先の調整手段によりキャンセルするようにし
たものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、渦発生体の下流側の管
路の管壁に一対の超音波送受波器を取り付け測定流体に
より渦発生体で発生された渦に超音波送受波器の一方か
ら超音波を放射し他方の超音波送受波器で渦を受信する
渦流量計に係り、特に、管路に漏洩する超音波によるノ
イズの影響が軽減されるように改良した渦流量計に関す
る。
路の管壁に一対の超音波送受波器を取り付け測定流体に
より渦発生体で発生された渦に超音波送受波器の一方か
ら超音波を放射し他方の超音波送受波器で渦を受信する
渦流量計に係り、特に、管路に漏洩する超音波によるノ
イズの影響が軽減されるように改良した渦流量計に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の渦流量計の構成を示す構成
図である。１０は流れの中に挿入したカルマン渦を生成
するための渦発生体で、ここでは台形状の柱状の物体が
例示されている。１１は渦発生体１０で生成された渦、
１２は測定流体が流れる管路である。
図である。１０は流れの中に挿入したカルマン渦を生成
するための渦発生体で、ここでは台形状の柱状の物体が
例示されている。１１は渦発生体１０で生成された渦、
１２は測定流体が流れる管路である。
【０００３】１３は送信側の超音波送受波器、１４は受
信側の超音波送受波器である。これらの超音波送受波器
１３および超音波送受波器１４は渦発生体１０の下流側
に測定流体の流れ方向とほぼ直角になるように互に対向
して管路１２に取り付けられており、カルマン渦の生成
数（単位時間に流れていく渦の数）を検出する。
信側の超音波送受波器である。これらの超音波送受波器
１３および超音波送受波器１４は渦発生体１０の下流側
に測定流体の流れ方向とほぼ直角になるように互に対向
して管路１２に取り付けられており、カルマン渦の生成
数（単位時間に流れていく渦の数）を検出する。
【０００４】１５はこの超音波送受波器１３を駆動する
発振電圧を発生させる発振回路、１６は超音波送受波器
１４で受信された受信信号を増幅する増幅回路、１７は
この増幅回路１６で増幅された受信信号を検波する検波
回路、１８はこの検波回路で検波された信号を増幅する
増幅器である。
発振電圧を発生させる発振回路、１６は超音波送受波器
１４で受信された受信信号を増幅する増幅回路、１７は
この増幅回路１６で増幅された受信信号を検波する検波
回路、１８はこの検波回路で検波された信号を増幅する
増幅器である。
【０００５】以上の構成において、いま、図４の点線で
示す超音波信号の伝播経路に渦が存在していない場合
は、超音波送受波器１３と超音波送受波器１４との距離
をＤ、媒体中の音速をＶとすれば、その伝播時間τ0は τ0＝Ｄ／Ｖ で示される。
示す超音波信号の伝播経路に渦が存在していない場合
は、超音波送受波器１３と超音波送受波器１４との距離
をＤ、媒体中の音速をＶとすれば、その伝播時間τ0は τ0＝Ｄ／Ｖ で示される。
【０００６】次に、この点線の位置にカルマン渦が存在
し超音波の送出方向と渦の速度成分Ｖ1の方向とが同じ
ときの伝播時間τ1は、図５を参照して、渦１１の直径
をｄとすれば、 τ1＝［ｄ／（Ｖ−Ｖ1）］＋［（Ｄ−ｄ）／Ｖ］ で示される。
し超音波の送出方向と渦の速度成分Ｖ1の方向とが同じ
ときの伝播時間τ1は、図５を参照して、渦１１の直径
をｄとすれば、 τ1＝［ｄ／（Ｖ−Ｖ1）］＋［（Ｄ−ｄ）／Ｖ］ で示される。
【０００７】また、この点線の位置にカルマン渦が存在
し超音波の送出方向と渦の速度成分Ｖ2の方向とが逆方
向のときの伝播時間τ2は、 τ2＝［ｄ／（Ｖ＋Ｖ2）］＋［（Ｄ−ｄ）／Ｖ］ で示される。
し超音波の送出方向と渦の速度成分Ｖ2の方向とが逆方
向のときの伝播時間τ2は、 τ2＝［ｄ／（Ｖ＋Ｖ2）］＋［（Ｄ−ｄ）／Ｖ］ で示される。
【０００８】以上のようにして、超音波送受波器１３か
ら測定流体に送出された超音波の振幅は渦１１により振
幅変調されその包絡線が渦１１の変化に応じて変化する
ので、この変化の回数を測定することにより渦１１の数
を検出することができる。
ら測定流体に送出された超音波の振幅は渦１１により振
幅変調されその包絡線が渦１１の変化に応じて変化する
ので、この変化の回数を測定することにより渦１１の数
を検出することができる。
【０００９】ところで、これらの超音波送受波器１３、
１４は、図６（ａ）、（ｂ）に示すような取付構造とな
っている。図６（ａ）の取付構造は測定流体が液体のと
きに用いられ、図６（ｂ）の取付構造は気体のときに用
いられる。
１４は、図６（ａ）、（ｂ）に示すような取付構造とな
っている。図６（ａ）の取付構造は測定流体が液体のと
きに用いられ、図６（ｂ）の取付構造は気体のときに用
いられる。
【００１０】先ず、図６（ａ）の構成について説明す
る。管路１２には貫通孔１９が開けられ、この中に金属
性のホルダ２０が挿入固定されている。このホルダ２０
はその外面に段部２１を有し円柱状に形成されており、
その内部は底部２２を有する穴２３が開けられ、この底
部２２には振動子２４が固定されている。
る。管路１２には貫通孔１９が開けられ、この中に金属
性のホルダ２０が挿入固定されている。このホルダ２０
はその外面に段部２１を有し円柱状に形成されており、
その内部は底部２２を有する穴２３が開けられ、この底
部２２には振動子２４が固定されている。
【００１１】ホルダ２０は、この外面に溝２５が設けら
れ、この中にＯリング２６が固定されて管路１２の貫通
孔１９の中に挿入されて、液シールが保持されるように
なっている。
れ、この中にＯリング２６が固定されて管路１２の貫通
孔１９の中に挿入されて、液シールが保持されるように
なっている。
【００１２】測定流体が液体の場合は、音響インピーダ
ンスＺ（＝ρｃ：ρは密度、ｃは音速）が大きいので、
ホルダ２０として金属が用いられる。しかし、超音波送
受波器１３から超音波送受波器１４へ管路１２を経由し
て伝播する漏洩超音波を低減するために、ホルダ２０の
管路１２への固定に際しては、弾性体であるＯリング２
６を介して取り付けられる。
ンスＺ（＝ρｃ：ρは密度、ｃは音速）が大きいので、
ホルダ２０として金属が用いられる。しかし、超音波送
受波器１３から超音波送受波器１４へ管路１２を経由し
て伝播する漏洩超音波を低減するために、ホルダ２０の
管路１２への固定に際しては、弾性体であるＯリング２
６を介して取り付けられる。
【００１３】一方、気体の場合は、図６（ｂ）の構成に
よって取り付けられる。管路１２には貫通孔１９が開け
られ、この中に支持板２７に固定された円筒状のスリー
ブ２８が挿入固定されている。このスリーブ２８の先端
にはネット２９が固定されている。
よって取り付けられる。管路１２には貫通孔１９が開け
られ、この中に支持板２７に固定された円筒状のスリー
ブ２８が挿入固定されている。このスリーブ２８の先端
にはネット２９が固定されている。
【００１４】この支持板２７の中央部には、支持棒３０
を介して振動子３１がこの支持棒３０に直角に固定さ
れ、この振動子３１には超音波の送出に対して方向性を
持たせるためにコーン３２が管路１２の軸方向、つまり
ネット２９の方向に固定されている。
を介して振動子３１がこの支持棒３０に直角に固定さ
れ、この振動子３１には超音波の送出に対して方向性を
持たせるためにコーン３２が管路１２の軸方向、つまり
ネット２９の方向に固定されている。
【００１５】測定流体が気体の場合は、音響インピーダ
ンスＺが小さいので、振動子３１を管路に接触させる構
成を避けて、図６（ｂ）に示すように、振動子３１を測
定流体に接触させる構成としている。
ンスＺが小さいので、振動子３１を管路に接触させる構
成を避けて、図６（ｂ）に示すように、振動子３１を測
定流体に接触させる構成としている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような図６（ａ）に示す取付構成の渦流量計は、管路漏
洩超音波の低減出来るもののＯリング２６を使用する関
係から耐食性に問題があり、また図６（ｂ）に示す取付
構成の渦流量計も、振動子が測定流体に直接接触する構
成であるので、耐食性・汚れなどに問題があり、実用上
はクリーンで低圧の気体に使用が限定される。
ような図６（ａ）に示す取付構成の渦流量計は、管路漏
洩超音波の低減出来るもののＯリング２６を使用する関
係から耐食性に問題があり、また図６（ｂ）に示す取付
構成の渦流量計も、振動子が測定流体に直接接触する構
成であるので、耐食性・汚れなどに問題があり、実用上
はクリーンで低圧の気体に使用が限定される。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、渦発生体の下流側の管路の
管壁に一対の超音波送受波器を取り付け測定流体により
先の渦発生体で発生された渦に先の超音波送受波器の一
方から超音波を放射し他方の超音波送受波器で先の渦を
受信する渦流量計において、一方の先の超音波送受波器
の側の先の管壁に設けられ他方の先の超音波送受波器に
向かう方向に先の管路に対して超音波を送出する超音波
送波器と、この超音波送波器に発振器から印加される印
加電圧と位相とを調整する調整手段とを具備し、先の管
路を伝播する超音波ノイズを先の調整手段によりキャン
セルするようにしたものである。
解決するための構成として、渦発生体の下流側の管路の
管壁に一対の超音波送受波器を取り付け測定流体により
先の渦発生体で発生された渦に先の超音波送受波器の一
方から超音波を放射し他方の超音波送受波器で先の渦を
受信する渦流量計において、一方の先の超音波送受波器
の側の先の管壁に設けられ他方の先の超音波送受波器に
向かう方向に先の管路に対して超音波を送出する超音波
送波器と、この超音波送波器に発振器から印加される印
加電圧と位相とを調整する調整手段とを具備し、先の管
路を伝播する超音波ノイズを先の調整手段によりキャン
セルするようにしたものである。
【００１８】
【作 用】超音波送波器は超音波を送出する一方の超音
波送受波器の側の渦発生体の下流側の管路の管壁に設け
られ、超音波を受波する他方の超音波送受波器に向かう
方向に先の管路に対して超音波を送出する。
波送受波器の側の渦発生体の下流側の管路の管壁に設け
られ、超音波を受波する他方の超音波送受波器に向かう
方向に先の管路に対して超音波を送出する。
【００１９】調整手段はこの超音波送波器に発振器から
印加される印加電圧と位相とを調整することにより先の
管路を伝播する超音波ノイズを先の調整手段によりキャ
ンセルする。
印加される印加電圧と位相とを調整することにより先の
管路を伝播する超音波ノイズを先の調整手段によりキャ
ンセルする。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示す構成図で
ある。なお、図４、図６に示す従来の渦流量計と同一の
機能を有する部分には同一の符号を付して適宜にその説
明を省略する。
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示す構成図で
ある。なお、図４、図６に示す従来の渦流量計と同一の
機能を有する部分には同一の符号を付して適宜にその説
明を省略する。
【００２１】発振回路１５から連続正弦波として駆動電
圧が超音波送受波器３３に印加され、これによって超音
波送受波器３３内に収納されている圧電振動子３４が駆
動されて測定流体中に超音波信号Ｓとして放出され、渦
発生体１０により発生された渦１１により振幅変調およ
び位相（周波数）変調されて対向する超音波振動子３５
で受信される。
圧が超音波送受波器３３に印加され、これによって超音
波送受波器３３内に収納されている圧電振動子３４が駆
動されて測定流体中に超音波信号Ｓとして放出され、渦
発生体１０により発生された渦１１により振幅変調およ
び位相（周波数）変調されて対向する超音波振動子３５
で受信される。
【００２２】送波器として機能する超音波送受波器３３
は、ホルダ３６、振動子３７、ガスケット３８などで構
成されている。ホルダ３６は金属製でありその中央部に
凹部が設けられ、この中に振動子３７が収納されてい
る。
は、ホルダ３６、振動子３７、ガスケット３８などで構
成されている。ホルダ３６は金属製でありその中央部に
凹部が設けられ、この中に振動子３７が収納されてい
る。
【００２３】さらに、このホルダ３６の周面には外方向
に広がるフレア部が設けられ、このフレア部と管路１２
との間に金属製のガスケット３８が配置されて測定流体
に対して液シールが確保されている。
に広がるフレア部が設けられ、このフレア部と管路１２
との間に金属製のガスケット３８が配置されて測定流体
に対して液シールが確保されている。
【００２４】また、この超音波送受波器３３の管路１２
の中心軸に対して対向する側には、この超音波送受波器
３３と同一構造の受波器として機能する超音波送受波器
３９が管路１２に固定されている。また、この超音波送
受波器３３に近接する位置の管路１２の外壁には、振動
子が収納された超音波送波器４０が固定されている。
の中心軸に対して対向する側には、この超音波送受波器
３３と同一構造の受波器として機能する超音波送受波器
３９が管路１２に固定されている。また、この超音波送
受波器３３に近接する位置の管路１２の外壁には、振動
子が収納された超音波送波器４０が固定されている。
【００２５】図２は、超音波を送信する側の等価回路を
示したものである。図１に示す超音波送受波器３３と超
音波送波器４０とは発振回路１５により駆動されるが、
発振回路１５の駆動電圧は、超音波送受波器３３に直接
印加されるが超音波送波器４０には調整回路４１を介し
て印加されている。
示したものである。図１に示す超音波送受波器３３と超
音波送波器４０とは発振回路１５により駆動されるが、
発振回路１５の駆動電圧は、超音波送受波器３３に直接
印加されるが超音波送波器４０には調整回路４１を介し
て印加されている。
【００２６】次に、以上のように構成された実施例の動
作について図３に示す動作説明図を用いて説明する。発
振回路１５の駆動電圧により超音波送受波器３３を介し
て測定流体に超音波信号Ｓが送出され、この超音波信号
Ｓが渦発生体１０で発生させられた渦１１により振幅変
調されてその包絡線が渦１１の数に対応して変化する回
数を増幅回路１６を介して検出する。
作について図３に示す動作説明図を用いて説明する。発
振回路１５の駆動電圧により超音波送受波器３３を介し
て測定流体に超音波信号Ｓが送出され、この超音波信号
Ｓが渦発生体１０で発生させられた渦１１により振幅変
調されてその包絡線が渦１１の数に対応して変化する回
数を増幅回路１６を介して検出する。
【００２７】この場合の渦１１により振幅変調された振
幅変調信号ＶSは、Ａ1、Ａ2を定数、ｆVを渦列の周波
数、ｆを超音波信号Ｓの周波数とすれば、 ＶS＝［Ａ1＋Ａ2ｓｉｎ（２πｆVｔ）］ｓｉｎ（２πｆｔ） （１） で示される。
幅変調信号ＶSは、Ａ1、Ａ2を定数、ｆVを渦列の周波
数、ｆを超音波信号Ｓの周波数とすれば、 ＶS＝［Ａ1＋Ａ2ｓｉｎ（２πｆVｔ）］ｓｉｎ（２πｆｔ） （１） で示される。
【００２８】しかし、実際には、超音波送受波器３３は
図３に示すように測定流体の中を伝播する超音波信号Ｓ
の他に、金属製の管路１２を伝播する超音波ノイズＮ1
を送出する。この超音波ノイズＮ1は、Ａ3を定数、位相
差をθ1とすれば、 Ｎ1＝Ａ3ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ1） （２） となる。
図３に示すように測定流体の中を伝播する超音波信号Ｓ
の他に、金属製の管路１２を伝播する超音波ノイズＮ1
を送出する。この超音波ノイズＮ1は、Ａ3を定数、位相
差をθ1とすれば、 Ｎ1＝Ａ3ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ1） （２） となる。
【００２９】したがって、増幅回路１６が受信する信号
Ｖは Ｖ＝ＶS＋Ｎ1＝［Ａ1＋Ａ2ｓｉｎ（２πｆVｔ）］ｓｉｎ（２πｆｔ） ＋Ａ3ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ1） （３） となる。
Ｖは Ｖ＝ＶS＋Ｎ1＝［Ａ1＋Ａ2ｓｉｎ（２πｆVｔ）］ｓｉｎ（２πｆｔ） ＋Ａ3ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ1） （３） となる。
【００３０】ここで、超音波送波器４０から管路１２に
超音波を次式に示す超音波ノイズＮ 2として送出する
（Ａ4：定数、位相差：θ2）と、 Ｎ2＝Ａ4ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ2） （４） を得る。
超音波を次式に示す超音波ノイズＮ 2として送出する
（Ａ4：定数、位相差：θ2）と、 Ｎ2＝Ａ4ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ2） （４） を得る。
【００３１】したがって、管路１２の中では、超音波ノ
イズＮ1にＮ2が重畳されるが、この場合、これらのノイ
ズの振幅と位相とが逆になるように、Ａ4＝Ａ3、θ2＝
θ1＋πなる関係を満足するように、調整回路４１で調
整する。このようにすると、ノイズ同志がキャンセルさ
れて、振幅変調信号ＶSのみが増幅回路１６で受信され
る。
イズＮ1にＮ2が重畳されるが、この場合、これらのノイ
ズの振幅と位相とが逆になるように、Ａ4＝Ａ3、θ2＝
θ1＋πなる関係を満足するように、調整回路４１で調
整する。このようにすると、ノイズ同志がキャンセルさ
れて、振幅変調信号ＶSのみが増幅回路１６で受信され
る。
【００３２】以上の構成においては超音波ノイズＮ1、
Ｎ2は実際に管路１２の中を伝播し、しかも超音波送受
波器３３までの距離がほぼ等しいことから、管路１２の
流体による温度変化、つまり音速変化の影響を受けるこ
とはない。
Ｎ2は実際に管路１２の中を伝播し、しかも超音波送受
波器３３までの距離がほぼ等しいことから、管路１２の
流体による温度変化、つまり音速変化の影響を受けるこ
とはない。
【００３３】したがって、調整回路４１では、当初に駆
動電圧の振幅値と位相差を設定するだけでよい。以上の
説明では、渦によって振幅変調を受ける例を用いて説明
したが、これは位相変調、或いは周波数変調を受ける構
成としても同様な効果が期待できる。
動電圧の振幅値と位相差を設定するだけでよい。以上の
説明では、渦によって振幅変調を受ける例を用いて説明
したが、これは位相変調、或いは周波数変調を受ける構
成としても同様な効果が期待できる。
【００３４】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、管路の管壁に通常の一対の超音波
送受波器の他に超音波送波器を設けて先の超音波送受波
器から管路に送出される超音波ノイズをキャンセルする
構成としたので、信頼性の高い渦流量計が得られる。
うに本発明によれば、管路の管壁に通常の一対の超音波
送受波器の他に超音波送波器を設けて先の超音波送受波
器から管路に送出される超音波ノイズをキャンセルする
構成としたので、信頼性の高い渦流量計が得られる。
【００３５】具体的には、流体が液体の場合はＯリング
のような弾性体によるシール機構を用いず金属ガスケッ
トなどを用いることが可能となり、また、流体が気体の
場合はマイクロホン構造のように流体に接触する方式に
代えて金属製のホルダを使用した超音波送受波器の構成
が可能となる。
のような弾性体によるシール機構を用いず金属ガスケッ
トなどを用いることが可能となり、また、流体が気体の
場合はマイクロホン構造のように流体に接触する方式に
代えて金属製のホルダを使用した超音波送受波器の構成
が可能となる。
【００３６】また、本発明によれば、シール機構の信頼
性が向上し、腐食性流体への適用が容易となり、工業用
流量計として汎用性も著しく高まる。
性が向上し、腐食性流体への適用が容易となり、工業用
流量計として汎用性も著しく高まる。
【図１】本発明の１実施例の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す実施例の送波器側の等価回路であ
る。
る。
【図３】図１に示す実施例の動作を説明する動作説明図
である。
である。
【図４】従来の渦流量計の構成を示す構成図である。
【図５】図４に示す渦流量計の動作を説明する説明図で
ある。
ある。
【図６】図４に示す渦流量計のホルダの詳細な構成を説
明する構成図である。
明する構成図である。
１０ 渦発生体 １１ 渦 １２ 管路 １３、１４ 超音波送受波器 １５ 発振回路 ３３、３９ 超音波送受波器 ４０ 超音波送波器 ４１ 調整回路
Claims (1)
- 【請求項１】渦発生体の下流側の管路の管壁に一対の超
音波送受波器を取り付け測定流体により前記渦発生体で
発生された渦に前記超音波送受波器の一方から超音波を
放射し他方の超音波送受波器で前記渦を受信する渦流量
計において、一方の前記超音波送受波器の側の前記管壁
に設けられ他方の前記超音波送受波器に向かう方向に前
記管路に対して超音波を送出する超音波送波器と、この
超音波送波器に発振器から印加される印加電圧と位相と
を調整する調整手段とを具備し、前記管路を伝播する超
音波ノイズを前記調整手段によりキャンセルすることを
特徴とする渦流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23939093A JP3144177B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23939093A JP3144177B2 (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0791992A true JPH0791992A (ja) | 1995-04-07 |
| JP3144177B2 JP3144177B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-09-27 JP JP23939093A patent/JP3144177B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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| JP3144177B2 (ja) | 2001-03-12 |
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