JPH0814958A - ホイッスル式流量計 - Google Patents
ホイッスル式流量計Info
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- JPH0814958A JPH0814958A JP6149297A JP14929794A JPH0814958A JP H0814958 A JPH0814958 A JP H0814958A JP 6149297 A JP6149297 A JP 6149297A JP 14929794 A JP14929794 A JP 14929794A JP H0814958 A JPH0814958 A JP H0814958A
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- flow rate
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- whistle
- fluid
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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
- G01F1/66—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 measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/666—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 measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by detecting noise and sounds generated by the flowing fluid
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- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造が小型かつ簡単で内部に小球を内蔵せ
ず、流れる流体の流量とホイッスル音の発信周波数との
線形比例範囲をできるだけ拡大して低流量域から高流量
域までの広範囲の流量を計測することができるホイッス
ル式流量計を提供すること。 【構成】 流体が流入するマウスピース１ｆと該マウス
ピースからの噴流が通過する音響穴１ｂと該噴流が流体
澱みに回転振動運動を与えるキャビティ１ｃとを備えた
発音ユニットと、発音ユニットで発生する音を集音する
集音手段２と、集音手段からの出力信号周波数成分のう
ち発音ユニットの発生音の基本周波数成分を通過させる
フィルタ手段３と、基本周波数成分の周波数を検出する
周波数検出手段５と、予め定めた流量と周波数との関係
式から基本周波数成分の周波数に基づいて流体の流量を
演算する演算手段６とを有する。
ず、流れる流体の流量とホイッスル音の発信周波数との
線形比例範囲をできるだけ拡大して低流量域から高流量
域までの広範囲の流量を計測することができるホイッス
ル式流量計を提供すること。 【構成】 流体が流入するマウスピース１ｆと該マウス
ピースからの噴流が通過する音響穴１ｂと該噴流が流体
澱みに回転振動運動を与えるキャビティ１ｃとを備えた
発音ユニットと、発音ユニットで発生する音を集音する
集音手段２と、集音手段からの出力信号周波数成分のう
ち発音ユニットの発生音の基本周波数成分を通過させる
フィルタ手段３と、基本周波数成分の周波数を検出する
周波数検出手段５と、予め定めた流量と周波数との関係
式から基本周波数成分の周波数に基づいて流体の流量を
演算する演算手段６とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は体育笛タイプのホイッス
ル構造を変形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。
ル構造を変形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。
【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など
により分類されている。たとえばタービン流量計のよう
な容積流量計は回転子やピストンなどの可動部を内蔵
し、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き出され
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。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。しかるに、上記容積流量計は可
動部を有するため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欠点がある。
その他の流量計もそれぞれに固有の欠点を有している。
計は数多く知られており、原理や構造あるいは用途など
により分類されている。たとえばタービン流量計のよう
な容積流量計は回転子やピストンなどの可動部を内蔵
し、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き出され
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。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。しかるに、上記容積流量計は可
動部を有するため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欠点がある。
その他の流量計もそれぞれに固有の欠点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】体育笛タイプのホイッ
スルは低流量域で流量と音の発信周波数とが比例する。
この現象を利用することにより、可動部のない簡潔な構
造を有し、導電性のない流体についても流量の計測がで
きる小型で信頼性の高い体育笛タイプのホイッスル式流
量計が開発されるようになった。
スルは低流量域で流量と音の発信周波数とが比例する。
この現象を利用することにより、可動部のない簡潔な構
造を有し、導電性のない流体についても流量の計測がで
きる小型で信頼性の高い体育笛タイプのホイッスル式流
量計が開発されるようになった。
【０００４】図１０は従来のホイッスル式流量計のブロ
ック線図である。
ック線図である。
【０００５】このホイッスル式流量計は、ガスの流量を
測定するものであり、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、このガス管
路にガスが流れている時に発音ユニット１の発する音を
集めるマイクロフォン２を一部に取付け、このマイクロ
フォン２から出力する信号に含まれる計測対象範囲外の
成分をハイカットフィルタ３を介して除去し、その信号
をヒステリシス（図５に示す波形（ｂ）中に破線で示
す）をかけたコンパレータ４により一定値と比較して波
形整形し、コンパレータ４から出力するパルス信号をカ
ウンタ／タイマ５によりカウントして周波数を得、この
周波数に基づいて流量演算記６で所定の関係式から流量
を演算し、この演算結果のガスの流量を表示器７に表示
する。
測定するものであり、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、このガス管
路にガスが流れている時に発音ユニット１の発する音を
集めるマイクロフォン２を一部に取付け、このマイクロ
フォン２から出力する信号に含まれる計測対象範囲外の
成分をハイカットフィルタ３を介して除去し、その信号
をヒステリシス（図５に示す波形（ｂ）中に破線で示
す）をかけたコンパレータ４により一定値と比較して波
形整形し、コンパレータ４から出力するパルス信号をカ
ウンタ／タイマ５によりカウントして周波数を得、この
周波数に基づいて流量演算記６で所定の関係式から流量
を演算し、この演算結果のガスの流量を表示器７に表示
する。
【０００６】図９は従来の体育笛タイプのホイッスル式
流量計に使用されている発音ユニットの概略構成を示す
斜視図である。
流量計に使用されている発音ユニットの概略構成を示す
斜視図である。
【０００７】図９の発音ユニット１は体育笛タイプのホ
イッスルそのものであり、両側の側壁１ｅ（図５参照）
を省略して図示されている。発音ユニット１は、ガス管
路１０ａから流入するガスを入れる横長の流入口１ａと
これに連続するガス流路を含むマウスピース１ｆと、ガ
ス管路１０ａにガスを排出する流出口すなわち音響穴１
ｂと、キャビティ１ｃと、エッジ１ｄとの４要素から構
成される樹脂製成形品であり、流入口１ａとキャビティ
１ｃは連通し、エッジ１ｄは音響穴１ｂにガス流入方向
に逆らう向きに傾斜して形成されている。キャビティ１
ｃの外側の壁１ｅに穴が開けられ、ここにマイクロフォ
ン２が気密に取り付けられている。
イッスルそのものであり、両側の側壁１ｅ（図５参照）
を省略して図示されている。発音ユニット１は、ガス管
路１０ａから流入するガスを入れる横長の流入口１ａと
これに連続するガス流路を含むマウスピース１ｆと、ガ
ス管路１０ａにガスを排出する流出口すなわち音響穴１
ｂと、キャビティ１ｃと、エッジ１ｄとの４要素から構
成される樹脂製成形品であり、流入口１ａとキャビティ
１ｃは連通し、エッジ１ｄは音響穴１ｂにガス流入方向
に逆らう向きに傾斜して形成されている。キャビティ１
ｃの外側の壁１ｅに穴が開けられ、ここにマイクロフォ
ン２が気密に取り付けられている。
【０００８】図４は実験に使用した体育笛タイプのホイ
ッスルの寸法図である。
ッスルの寸法図である。
【０００９】図４に示すような体育笛タイプのホイッス
ル式流量計は、ヘルムホルツ共鳴、エッジトーンおよび
キャビティトーンの三つの発音現象を持っている。その
ため、ある流量に対して最も大きな音を発する現象がホ
イッスルの音として検知されることになる。この従来の
ホイッスル式流量計において、ある流量を境として流量
と音の周波数との関係が変わるのも、この境界点の両側
で主たる発音現象が高流量側、低流量側と異なるためで
ある。流量２００Ｌ／Ｈから７００Ｌ／Ｈの範囲でホイ
ッスル音の周波数が流量に線形に比例し、８００Ｌ／Ｈ
以上を印加するとホイッスル音の発信周波数の増加率が
緩やかになり、さらに高流量になるとほぼ一定になって
しまう。前者のホイッスル音の周波数が流量に線形に比
例する低流量域部分は流量計として利用できる。そこ
で、この流量計の計測範囲を広げようとすると、流量計
の本体を大型にすることで線形の範囲を拡大するか、ま
たは流量計に小球を内蔵し流量に対応する別の発振要素
を付加するかしなければならなくなる。本体を大型にす
ることは流量計の小型化に反するものであり、また小球
を内蔵することは流量計の流路内に可動部を持たないよ
うにすることに反し、かつ小球を内蔵する場合と内蔵し
ない場合の２種類の演算方法を条件分岐により使い分け
ねばならなくなる。また、どちらの方法も、元来の測定
範囲では多少なりとも信号対雑音の比率が悪化してしま
う。
ル式流量計は、ヘルムホルツ共鳴、エッジトーンおよび
キャビティトーンの三つの発音現象を持っている。その
ため、ある流量に対して最も大きな音を発する現象がホ
イッスルの音として検知されることになる。この従来の
ホイッスル式流量計において、ある流量を境として流量
と音の周波数との関係が変わるのも、この境界点の両側
で主たる発音現象が高流量側、低流量側と異なるためで
ある。流量２００Ｌ／Ｈから７００Ｌ／Ｈの範囲でホイ
ッスル音の周波数が流量に線形に比例し、８００Ｌ／Ｈ
以上を印加するとホイッスル音の発信周波数の増加率が
緩やかになり、さらに高流量になるとほぼ一定になって
しまう。前者のホイッスル音の周波数が流量に線形に比
例する低流量域部分は流量計として利用できる。そこ
で、この流量計の計測範囲を広げようとすると、流量計
の本体を大型にすることで線形の範囲を拡大するか、ま
たは流量計に小球を内蔵し流量に対応する別の発振要素
を付加するかしなければならなくなる。本体を大型にす
ることは流量計の小型化に反するものであり、また小球
を内蔵することは流量計の流路内に可動部を持たないよ
うにすることに反し、かつ小球を内蔵する場合と内蔵し
ない場合の２種類の演算方法を条件分岐により使い分け
ねばならなくなる。また、どちらの方法も、元来の測定
範囲では多少なりとも信号対雑音の比率が悪化してしま
う。
【００１０】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、構造が小型かつ簡単で内部に小球を内蔵せず、流
れる流体の流量とホイッスル音の発信周波数との線形比
例範囲をできるだけ拡大して低流量域から高流量域まで
の広範囲の流量を計測することができるホイッスル式流
量計を提供することを目的とする。
ので、構造が小型かつ簡単で内部に小球を内蔵せず、流
れる流体の流量とホイッスル音の発信周波数との線形比
例範囲をできるだけ拡大して低流量域から高流量域まで
の広範囲の流量を計測することができるホイッスル式流
量計を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、流体が流入するマウスピースと該マウスピー
スからの噴流が通過する音響穴と該噴流が流体澱みに回
転振動運動を与えるキャビティとを備えた発音ユニット
と、前記発音ユニットで発生する音を集音する集音手段
と、前記集音手段からの出力信号周波数成分のうち前記
発音ユニットの発生音の基本周波数成分を通過させるフ
ィルタ手段と、前記基本周波数成分の周波数を検出する
周波数検出手段と、予め定めた流量と周波数との関係式
から前記基本周波数成分の周波数に基づいて流体の流量
を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
するため、流体が流入するマウスピースと該マウスピー
スからの噴流が通過する音響穴と該噴流が流体澱みに回
転振動運動を与えるキャビティとを備えた発音ユニット
と、前記発音ユニットで発生する音を集音する集音手段
と、前記集音手段からの出力信号周波数成分のうち前記
発音ユニットの発生音の基本周波数成分を通過させるフ
ィルタ手段と、前記基本周波数成分の周波数を検出する
周波数検出手段と、予め定めた流量と周波数との関係式
から前記基本周波数成分の周波数に基づいて流体の流量
を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【００１２】また、本発明は発音ユニットが函の中に密
封状に収容され、発音ユニットのマウスピースが該函か
ら突出し、且つ発音ユニットから出る流体の排出口を該
函の外壁に設けたことを特徴とする。
封状に収容され、発音ユニットのマウスピースが該函か
ら突出し、且つ発音ユニットから出る流体の排出口を該
函の外壁に設けたことを特徴とする。
【００１３】また、本発明は前記発音ユニットのマウス
ピースに流体流入用管路が連結され、音響穴を通過した
計量ずみ流体を雰囲気中に排出することを特徴とする。
ピースに流体流入用管路が連結され、音響穴を通過した
計量ずみ流体を雰囲気中に排出することを特徴とする。
【００１４】
【作用】本発明は従来の体育笛タイプのホイッスル式流
量計より、エッジを削除したことによりエッジトーンが
抑制され、また音響穴が拡大されたことによりヘルムホ
ルツ共鳴音の発生が抑制され、その結果影響を受けない
キャビティトーンが顕著となり、流量とキャビティトー
ンの周波数とが比例する流量範囲は従来型ホイッスルの
エッジトーンが観測される範囲の３倍以上であるので広
範囲の流量を計測することができる。
量計より、エッジを削除したことによりエッジトーンが
抑制され、また音響穴が拡大されたことによりヘルムホ
ルツ共鳴音の発生が抑制され、その結果影響を受けない
キャビティトーンが顕著となり、流量とキャビティトー
ンの周波数とが比例する流量範囲は従来型ホイッスルの
エッジトーンが観測される範囲の３倍以上であるので広
範囲の流量を計測することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１６】図５は実験に使用した体育笛タイプホイッ
スルの基本要素の分解図である。図８は音響穴が形成す
る面に直交する断面における流体澱みの単振動の概念図
である。
スルの基本要素の分解図である。図８は音響穴が形成す
る面に直交する断面における流体澱みの単振動の概念図
である。
【００１７】ホイッスルを弱く吹いたとき発生する音の
周波数は吹き込み量に比例しているように聞こえる。本
発明の発明者はこの事実をヒントに新しい周波数出力型
の流量計を模索して、流量に線形に比例する周波数を持
つ音のみを発生する要素をホイッスルから分離・抽出す
るため、（ａ）ホイッスル全体、（ｂ）エッジ要素、
（ｃ）キャビティ要素の基本要素を持つ形状（図５参
照）に分解して、各要素ごとにそれらが音の発生におい
て演じる役割を実験により調べた。その結果、（ｃ）キ
ャビティ要素を持つ形状がレンジアビリティ、安定性お
よび線形性の観点から流量計として最も優れた特性を示
すことを発見した。これはキャビティ内の流体澱みの運
動の音響穴が形成する面に直交する成分が、澱み空気に
よって歪められた噴流の復元力による単振動（図８参
照）という単純な発振原理によるものであるためと考え
られる。
周波数は吹き込み量に比例しているように聞こえる。本
発明の発明者はこの事実をヒントに新しい周波数出力型
の流量計を模索して、流量に線形に比例する周波数を持
つ音のみを発生する要素をホイッスルから分離・抽出す
るため、（ａ）ホイッスル全体、（ｂ）エッジ要素、
（ｃ）キャビティ要素の基本要素を持つ形状（図５参
照）に分解して、各要素ごとにそれらが音の発生におい
て演じる役割を実験により調べた。その結果、（ｃ）キ
ャビティ要素を持つ形状がレンジアビリティ、安定性お
よび線形性の観点から流量計として最も優れた特性を示
すことを発見した。これはキャビティ内の流体澱みの運
動の音響穴が形成する面に直交する成分が、澱み空気に
よって歪められた噴流の復元力による単振動（図８参
照）という単純な発振原理によるものであるためと考え
られる。
【００１８】図８の中央の図に示すように、マウスピー
スからの噴流は音響穴の上部を通過すると、この流体は
キャビティ内の円柱状の流体澱みと接し、これに回転運
動を与える。図８の上の図に示すように、この流体澱み
が上に移動すると音響穴の上部を通過していた流体の流
線は上方に変形を受ける。このとき流れの動圧の垂直成
分は質量を押し下げる復元力となって作用する。図８の
下の図に示すように、質量がキャビティ内の下の方に押
し下げられると連続の原理より、流線もまた下方に引き
込まれる。変形を受けた流線は質量の変位に比例する力
により質量を引上げようとする。このようにして図８の
３種の状態が繰り返される。
スからの噴流は音響穴の上部を通過すると、この流体は
キャビティ内の円柱状の流体澱みと接し、これに回転運
動を与える。図８の上の図に示すように、この流体澱み
が上に移動すると音響穴の上部を通過していた流体の流
線は上方に変形を受ける。このとき流れの動圧の垂直成
分は質量を押し下げる復元力となって作用する。図８の
下の図に示すように、質量がキャビティ内の下の方に押
し下げられると連続の原理より、流線もまた下方に引き
込まれる。変形を受けた流線は質量の変位に比例する力
により質量を引上げようとする。このようにして図８の
３種の状態が繰り返される。
【００１９】図３は今回調査した体育笛タイプホイッス
ルのキャビティ要素に基づく音の特性を示すグラフであ
る。
ルのキャビティ要素に基づく音の特性を示すグラフであ
る。
【００２０】図３のグラフは横軸に音の周波数（単位
ヘルツ）を示し、縦軸にガス流量（単位 リットル／時
間）およびマイクの出力電圧（単位 デシベルボルト）
を示す。このグラフによれば、キャビティ要素に基づく
流体澱みの回転振動音、すなわちキャビティトーンは流
量４００〜２０００リットル／時間の広範囲で周波数が
流量に線形に比例していることがわかる。また、この実
験で音の検出に使用したコンデンサマイクロホンの出力
電圧の周波数分布からキャビティトーンは高調波成分を
含まず、単一ピーク周波数特性をもつことがわかる。こ
れらの特性は流量計に好都合の特性である。
ヘルツ）を示し、縦軸にガス流量（単位 リットル／時
間）およびマイクの出力電圧（単位 デシベルボルト）
を示す。このグラフによれば、キャビティ要素に基づく
流体澱みの回転振動音、すなわちキャビティトーンは流
量４００〜２０００リットル／時間の広範囲で周波数が
流量に線形に比例していることがわかる。また、この実
験で音の検出に使用したコンデンサマイクロホンの出力
電圧の周波数分布からキャビティトーンは高調波成分を
含まず、単一ピーク周波数特性をもつことがわかる。こ
れらの特性は流量計に好都合の特性である。
【００２１】本発明はこのキャビティトーンの特性を流
量計に採用したものである。換言すれば、本発明は従来
の体育笛タイプのホイッスルよりエッジを削除した構造
とすることにより、通常のホイッスルとしての発音、す
なわち、ヘルムホルツ共鳴音およびエッジトーンを抑制
し、キャビティトーンの発振周波数を計測する流量計で
ある。
量計に採用したものである。換言すれば、本発明は従来
の体育笛タイプのホイッスルよりエッジを削除した構造
とすることにより、通常のホイッスルとしての発音、す
なわち、ヘルムホルツ共鳴音およびエッジトーンを抑制
し、キャビティトーンの発振周波数を計測する流量計で
ある。
【００２２】図１は本発明のホイッスル式流量計のブロ
ック線図である。図２は本発明のホイッスル式流量計に
使用される発音ユニットの概略構成を示す図である。図
６はホイッスル単体にガスを吹き込む強さを３段階に変
化させたときの各発音現象と発生周波数との関係を示す
グラフである。図７はホイッスルの主たる発生音の特性
を示すグラフである。
ック線図である。図２は本発明のホイッスル式流量計に
使用される発音ユニットの概略構成を示す図である。図
６はホイッスル単体にガスを吹き込む強さを３段階に変
化させたときの各発音現象と発生周波数との関係を示す
グラフである。図７はホイッスルの主たる発生音の特性
を示すグラフである。
【００２３】図６に示すように、体育笛タイプのホイッ
スルは（Ａ）ヘルムホルツ共鳴、（Ｂ）エッジトーン、
（Ｃ）キャビティトーンの三つの発音現象を持ってい
る。そのため、ある流量に対して最も大きな音を発する
現象がホイッスルの音として検知されることになる。図
６は横軸に周波数を示し、縦軸はマイクロホンの出力電
圧を示す。
スルは（Ａ）ヘルムホルツ共鳴、（Ｂ）エッジトーン、
（Ｃ）キャビティトーンの三つの発音現象を持ってい
る。そのため、ある流量に対して最も大きな音を発する
現象がホイッスルの音として検知されることになる。図
６は横軸に周波数を示し、縦軸はマイクロホンの出力電
圧を示す。
【００２４】上述したように、従来のホイッスル式流量
計において、ある流量を境として流量と音の周波数との
関係が変わるのも、この境界点の両側で主たる発音現象
が高流量側（Ａ）、低流量側（Ｂ）と異なるためである
（図６、７参照）。そこで、本発明では図２に示すよう
に、流入したガスが直上をかすめる位置で従来のエッジ
要素を除去し、音響穴を拡大し、キャビティ１ｃの効果
が顕著に出るようにしている。
計において、ある流量を境として流量と音の周波数との
関係が変わるのも、この境界点の両側で主たる発音現象
が高流量側（Ａ）、低流量側（Ｂ）と異なるためである
（図６、７参照）。そこで、本発明では図２に示すよう
に、流入したガスが直上をかすめる位置で従来のエッジ
要素を除去し、音響穴を拡大し、キャビティ１ｃの効果
が顕著に出るようにしている。
【００２５】図１の本発明の実施例は各種流体の中でガ
スの流量を測定するものとして説明されている。その主
要部はホイッスル構造の発音ユニット１０である。ガス
管路１０ａ、１０ｂの途中に立方体の函１１が連結さ
れ、この函１１の中に発音ユニット１０が密封状態に収
容されている。函１１の前壁から発音ユニット１０のマ
ウスピース１ｆが突出し、この前壁にガス管路１０ａが
接続されている。ガス管路１０ａは例えば煙突や排気管
等の後端（出口端）に接続されるものである。したがっ
て、煙突出口で排気量を計るときには上記函１１は不必
要となる。すなわち、函１１は必ずしも取り付ける必要
がない。また、発音ユニット１０から出るガスの排出口
を該函１１の上壁に設け、この排出口にガス管路１０ｂ
が接続されている。しかし、函１１を取り付けないとき
は、ガス管路１０ｂを接続せずに直接雰囲気中に排出す
る。
スの流量を測定するものとして説明されている。その主
要部はホイッスル構造の発音ユニット１０である。ガス
管路１０ａ、１０ｂの途中に立方体の函１１が連結さ
れ、この函１１の中に発音ユニット１０が密封状態に収
容されている。函１１の前壁から発音ユニット１０のマ
ウスピース１ｆが突出し、この前壁にガス管路１０ａが
接続されている。ガス管路１０ａは例えば煙突や排気管
等の後端（出口端）に接続されるものである。したがっ
て、煙突出口で排気量を計るときには上記函１１は不必
要となる。すなわち、函１１は必ずしも取り付ける必要
がない。また、発音ユニット１０から出るガスの排出口
を該函１１の上壁に設け、この排出口にガス管路１０ｂ
が接続されている。しかし、函１１を取り付けないとき
は、ガス管路１０ｂを接続せずに直接雰囲気中に排出す
る。
【００２６】図２に示す発音ユニット１０は構造を分か
りやすくするため両側の側壁１ｅ（図１に図示されてい
る）を省略して図示されている。この発音ユニット１０
は、上述したように、キャビティトーンが計測範囲全域
にわたって顕著に現れるようにするため、体育笛タイプ
のホイッスル（図９参照）を前述のように変形したもの
であり、マウスピース１ｆと、音響穴１ｂと、キャビテ
ィ１ｃとの三つの要素から構成されている樹脂成形品で
ある。マウスピース１ｆはガス管路１０ａからガスを流
入させるガス流入口１ａとこれに連続する断面が横長矩
形のガス流路を含む。マウスピース１ｆからの噴流が矢
印Ａ方向に音響穴１ｂの上部を通過する。音響穴１ｂは
マウスピース１ｆのガス流路の延長線上に形成されてい
る。キャビティ１ｃはマウスピース１ｆのガス流路とほ
ぼ同一の幅を有する円筒体であり、音響穴１ｂの下側に
連続している。音響穴１ｂから流入する噴流がキャビテ
ィ１ｃ内部の流体澱みに矢印Ｂ方向の回転運動を与え
る。図２から分かるように従来のエッジは存在しない。
なお、キャビティ１ｃの流体澱みを回転させた流体は矢
印Ｃ方向に音響穴１ｂから函１１の中に排出される。
りやすくするため両側の側壁１ｅ（図１に図示されてい
る）を省略して図示されている。この発音ユニット１０
は、上述したように、キャビティトーンが計測範囲全域
にわたって顕著に現れるようにするため、体育笛タイプ
のホイッスル（図９参照）を前述のように変形したもの
であり、マウスピース１ｆと、音響穴１ｂと、キャビテ
ィ１ｃとの三つの要素から構成されている樹脂成形品で
ある。マウスピース１ｆはガス管路１０ａからガスを流
入させるガス流入口１ａとこれに連続する断面が横長矩
形のガス流路を含む。マウスピース１ｆからの噴流が矢
印Ａ方向に音響穴１ｂの上部を通過する。音響穴１ｂは
マウスピース１ｆのガス流路の延長線上に形成されてい
る。キャビティ１ｃはマウスピース１ｆのガス流路とほ
ぼ同一の幅を有する円筒体であり、音響穴１ｂの下側に
連続している。音響穴１ｂから流入する噴流がキャビテ
ィ１ｃ内部の流体澱みに矢印Ｂ方向の回転運動を与え
る。図２から分かるように従来のエッジは存在しない。
なお、キャビティ１ｃの流体澱みを回転させた流体は矢
印Ｃ方向に音響穴１ｂから函１１の中に排出される。
【００２７】発音ユニット１０の側壁１ｅに穴が開けら
れ、ここにマイクロフォン２が密封接続されている。こ
のマイクロフォン２は函１１の側壁１０ｃの外のハイカ
ットフィルタ３、コンパレータ４、カウンタ／タイマ
５、流量演算記６に接続され、さらに表示器７に接続さ
れている。
れ、ここにマイクロフォン２が密封接続されている。こ
のマイクロフォン２は函１１の側壁１０ｃの外のハイカ
ットフィルタ３、コンパレータ４、カウンタ／タイマ
５、流量演算記６に接続され、さらに表示器７に接続さ
れている。
【００２８】ガスがガス管路１０ａから発音ユニット１
０に流入し、発音ユニット１０を通過してガス管路１０
ｂから排出される時に発音ユニット１０の発する音をマ
イクロフォン２が集める。このマイクロフォン２から出
力する信号に含まれる計測対象範囲外の成分をハイカッ
トフィルタ３を介して除去し、その信号をヒステリシス
（図１に示す波形（ｂ）中に破線で示す）をかけたコン
パレータ４により一定値と比較して波形整形し、コンパ
レータ４から出力するパルス信号をカウンタ／タイマ５
によりカウントして周波数を得、この周波数に基づいて
流量演算記６で所定の関係式から流量を演算し、この演
算結果のガスの流量を表示器７に表示する。
０に流入し、発音ユニット１０を通過してガス管路１０
ｂから排出される時に発音ユニット１０の発する音をマ
イクロフォン２が集める。このマイクロフォン２から出
力する信号に含まれる計測対象範囲外の成分をハイカッ
トフィルタ３を介して除去し、その信号をヒステリシス
（図１に示す波形（ｂ）中に破線で示す）をかけたコン
パレータ４により一定値と比較して波形整形し、コンパ
レータ４から出力するパルス信号をカウンタ／タイマ５
によりカウントして周波数を得、この周波数に基づいて
流量演算記６で所定の関係式から流量を演算し、この演
算結果のガスの流量を表示器７に表示する。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のホイッス
ル式流量計は、流体が流入するマウスピースと該流体を
排出する音響穴と該流体が澱むキャビティとを備えた発
音ユニットを主構成要素とし、キャビティにおける流量
に比例する澱み空気の振動による音の発振周波数を流量
の測定に使用するので、このホイッスル式流量計を通過
する流体の流量と音の発信周波数との線形比例する範囲
が従来の３倍以上に拡大されることにより広範囲の流量
を計測することができ、且つ流路内に可動部が存在せ
ず、小型で構造簡単という極めて優れた効果が得られ
る。
ル式流量計は、流体が流入するマウスピースと該流体を
排出する音響穴と該流体が澱むキャビティとを備えた発
音ユニットを主構成要素とし、キャビティにおける流量
に比例する澱み空気の振動による音の発振周波数を流量
の測定に使用するので、このホイッスル式流量計を通過
する流体の流量と音の発信周波数との線形比例する範囲
が従来の３倍以上に拡大されることにより広範囲の流量
を計測することができ、且つ流路内に可動部が存在せ
ず、小型で構造簡単という極めて優れた効果が得られ
る。
【図１】本発明のホイッスル式流量計のブロック線図で
ある。
ある。
【図２】本発明のホイッスル式流量計に使用される発音
ユニットの概略構成を示す図である。
ユニットの概略構成を示す図である。
【図３】キャビティ要素に基づくキャビティトーンの特
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
【図４】実験に使用した体育笛タイプのホイッスルの寸
法図である。
法図である。
【図５】実験に使用した体育笛タイプホイッスルの基本
要素の分解図である。
要素の分解図である。
【図６】ホイッスル単体にガスを吹き込む強さを３段階
に変化させたときの各発音現象と発生周波数との関係を
示すグラフである。
に変化させたときの各発音現象と発生周波数との関係を
示すグラフである。
【図７】ホイッスルの主たる発生音の特性を示すグラフ
である。
である。
【図８】音響穴が形成する面に直交する断面における流
体澱みの単振動の概念図である。
体澱みの単振動の概念図である。
【図９】従来の体育笛タイプのホイッスル式流量計に使
用されている発音ユニットの概略構成を示す斜視図であ
る。
用されている発音ユニットの概略構成を示す斜視図であ
る。
【図１０】従来のホイッスル式流量計のブロック線図で
ある。
ある。
１ａ ガス流入口 １ｂ 音響穴 １ｃ キャビティ １ｅ 側壁 １ｆ マウスピース ２ マイクロフォン ３ ハイカットフィルタ ４ コンパレータ ５ カウンタ／タイマ ６ 流量演算記 ７ 表示器 １０ 発音ユニット １０ａ ガス管路 １０ｂ ガス管路 １０ｃ 側壁 １１ 函
Claims (7)
- 【請求項１】 流体が流入するマウスピースと該マウス
ピースからの噴流が通過する音響穴と該噴流が流体澱み
に回転振動運動を与えるキャビティとを備えた発音ユニ
ットと、前記発音ユニットで発生する音を集音する集音
手段と、前記集音手段からの出力信号周波数成分のうち
前記発音ユニットの発生音の基本周波数成分を通過させ
るフィルタ手段と、前記基本周波数成分の周波数を検出
する周波数検出手段と、予め定めた流量と周波数との関
係式から前記基本周波数成分の周波数に基づいて流体の
流量を演算する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。 - 【請求項２】 前記発音ユニットが函の中に密封状に収
容され、該函から突出した前記発音ユニットのマウスピ
ースに流体流入用管路が連結され、且つ該函の外壁に計
量ずみ流体を排出するための管路が取り付けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のホイッスル式流量
計。 - 【請求項３】 前記発音ユニットのマウスピースに流体
流入用管路が連結され、音響穴を通過した計量ずみ流体
を雰囲気中に排出することを特徴とする請求項１に記載
のホイッスル式流量計。 - 【請求項４】 前記集音手段が前記円筒キャビティの近
傍に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の
ホイッスル式流量計。 - 【請求項５】 前記集音手段が気密を損なわずに前記函
に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載
のホイッスル式流量計。 - 【請求項６】 前記周波数検出手段が所定時間内の集音
手段からの出力信号をパルス化してカウントするカウン
タ／タイマであることを特徴とする請求項１に記載のホ
イッスル式流量計。 - 【請求項７】 前記周波数検出手段がピーク検出器であ
ることを特徴とする請求項１に記載のホイッスル式流量
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14929794A JP3215575B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | ホイッスル式流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14929794A JP3215575B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | ホイッスル式流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814958A true JPH0814958A (ja) | 1996-01-19 |
| JP3215575B2 JP3215575B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=15472090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14929794A Expired - Fee Related JP3215575B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | ホイッスル式流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3215575B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012014319A1 (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | パイオニア株式会社 | 風速計測装置 |
| WO2012047792A3 (en) * | 2010-10-04 | 2012-08-16 | Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Device and method for breath analysis using acoustic resonance flow rate |
| WO2014128331A1 (es) * | 2013-02-20 | 2014-08-28 | Hospital Sant Joan De Deu | Dispositivo y procedimiento de ejercitación respiratoria |
| EP3050513A1 (en) * | 2015-01-27 | 2016-08-03 | Royal College of Art | Expiratory flow rate monitoring |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP14929794A patent/JP3215575B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012014319A1 (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | パイオニア株式会社 | 風速計測装置 |
| WO2012047792A3 (en) * | 2010-10-04 | 2012-08-16 | Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Device and method for breath analysis using acoustic resonance flow rate |
| US9347932B2 (en) | 2010-10-04 | 2016-05-24 | Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Device and method for breath analysis using acoustic resonance flow rate |
| WO2014128331A1 (es) * | 2013-02-20 | 2014-08-28 | Hospital Sant Joan De Deu | Dispositivo y procedimiento de ejercitación respiratoria |
| CN104994785A (zh) * | 2013-02-20 | 2015-10-21 | 圣胡安德申医院 | 用于呼吸练习的设备和方法 |
| EP3050513A1 (en) * | 2015-01-27 | 2016-08-03 | Royal College of Art | Expiratory flow rate monitoring |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3215575B2 (ja) | 2001-10-09 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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