JPS6061621A - 超音波流速計測装置の超音波送受波器 - Google Patents
超音波流速計測装置の超音波送受波器Info
- Publication number
- JPS6061621A JPS6061621A JP58169222A JP16922283A JPS6061621A JP S6061621 A JPS6061621 A JP S6061621A JP 58169222 A JP58169222 A JP 58169222A JP 16922283 A JP16922283 A JP 16922283A JP S6061621 A JPS6061621 A JP S6061621A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- flow velocity
- velocity measuring
- ultrasonic transducer
- shape
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- G01F1/662—Constructional details
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、超音波流速計測装置の超音波送受波器に関
する。
する。
流体の内に超音波信号を放射し、流体の流速により超音
波信号の見かけ上の伝搬速度が変化することにｉｆ目し
た超音波流速針には伝搬時間差法やシングアラウンド法
などの方法があり、広く利用′されている。第１図はシ
ングアラウンド法による流速計測の方法を示すもので、
流速測定管１０内に一対の超音波送受波器１１ａ、ｌｌ
ｂが流体の流れる方向に対して斜交するように対向して
設けられている。これら超音波送受波器１１ａ、１１
ｂには駆動回路によりスイッチ１３ａを介して交互に駆
動信号が供給される。例えば超音波送受波器１１ａが駆
動回路１２に接続され駆動されたときには、この超音波
送受波器１１ａより超音波が発射され、この超音波は超
音波送受波器ｉｉｂにより受信される。逆に超音波送受
波器１１ｂが駆動回路１２により駆動されたときにはこ
の超音波送受波器１１ｂより超音波が発射され、この超
音波性超音波送受波器１１ａにより受信される。これら
超音波送受波器１１ａ、ｌｌｂにより受信された信号は
スイッチ１３ｂを介して受信回路１４に送られる。
波信号の見かけ上の伝搬速度が変化することにｉｆ目し
た超音波流速針には伝搬時間差法やシングアラウンド法
などの方法があり、広く利用′されている。第１図はシ
ングアラウンド法による流速計測の方法を示すもので、
流速測定管１０内に一対の超音波送受波器１１ａ、ｌｌ
ｂが流体の流れる方向に対して斜交するように対向して
設けられている。これら超音波送受波器１１ａ、１１
ｂには駆動回路によりスイッチ１３ａを介して交互に駆
動信号が供給される。例えば超音波送受波器１１ａが駆
動回路１２に接続され駆動されたときには、この超音波
送受波器１１ａより超音波が発射され、この超音波は超
音波送受波器ｉｉｂにより受信される。逆に超音波送受
波器１１ｂが駆動回路１２により駆動されたときにはこ
の超音波送受波器１１ｂより超音波が発射され、この超
音波性超音波送受波器１１ａにより受信される。これら
超音波送受波器１１ａ、ｌｌｂにより受信された信号は
スイッチ１３ｂを介して受信回路１４に送られる。
スイッチ１３ｂはスイッチ１３ａが超音波送受波器１１
８に接続されるときには超音波送受波器１１ｂに接続さ
れよう、またスイッチ１３ａが超音波送受波器１１ｂに
接続されるときには超音波送受波器１１ａに接続される
ように切り換え制御回路１６により切り換えられる。
８に接続されるときには超音波送受波器１１ｂに接続さ
れよう、またスイッチ１３ａが超音波送受波器１１ｂに
接続されるときには超音波送受波器１１ａに接続される
ように切り換え制御回路１６により切り換えられる。
受信回路１４に送られた受信信号は増幅されてトリガ回
路１５に送られる。トリガ回路１５は受信回路１４によ
り出力を受けたときにトリガ信号を発生し、駆動回路１
２をトリガする。またトリガ回路１５のトリガ信号はカ
ウンタ１７にも供給される。カウンタ１７はトリガ回路
１５からトリガ信号が発生されたときから次にトリガ信
号が発生されるまでの間クロックパルスをカウントし、
送波、受波の繰り返えし周波数ｆ、、ｆ、を検出し、演
算回路１８Ｖｃ供給する。演算回路１８では得られたｆ
、、ｆ、から流体の流速■を算出する。
路１５に送られる。トリガ回路１５は受信回路１４によ
り出力を受けたときにトリガ信号を発生し、駆動回路１
２をトリガする。またトリガ回路１５のトリガ信号はカ
ウンタ１７にも供給される。カウンタ１７はトリガ回路
１５からトリガ信号が発生されたときから次にトリガ信
号が発生されるまでの間クロックパルスをカウントし、
送波、受波の繰り返えし周波数ｆ、、ｆ、を検出し、演
算回路１８Ｖｃ供給する。演算回路１８では得られたｆ
、、ｆ、から流体の流速■を算出する。
このような構成によると、流速測定管１０内を矢印の方
向に流体が流速Ｖで流れているとき、超音波送受波器１
１ａからが連動されると流体の流れと同じ方向に伝搬す
る超音波が発射され超音波送受波器１１ｂに受信される
。この場合の超音波信号の伝搬時間Ｔ１はその流体内で
の音速をＣとし超音波送受波器間の距離をｔ１超音波の
伝搬の方向と流れのなす角をθとすれば Ｔ１＝ ｚ／ｃ＋ｖ可θ （１） となる。一方、第１図の切り換えスイッチ１３ａおよび
１３ｂが図の他の極に接続され超音波送受波器１１ｂが
駆動回路１２により駆動された場合は、この超音波送受
波器１１ｂより流体の流れとは逆方向に超音波が発射さ
れ超音波送受波器１１ａにより受信される。この場合の
超音波信号の伝搬時間Ｔ２は Ｔ、 ＝ ｔ／Ｃ−Ｖ房０（２） となる。
向に流体が流速Ｖで流れているとき、超音波送受波器１
１ａからが連動されると流体の流れと同じ方向に伝搬す
る超音波が発射され超音波送受波器１１ｂに受信される
。この場合の超音波信号の伝搬時間Ｔ１はその流体内で
の音速をＣとし超音波送受波器間の距離をｔ１超音波の
伝搬の方向と流れのなす角をθとすれば Ｔ１＝ ｚ／ｃ＋ｖ可θ （１） となる。一方、第１図の切り換えスイッチ１３ａおよび
１３ｂが図の他の極に接続され超音波送受波器１１ｂが
駆動回路１２により駆動された場合は、この超音波送受
波器１１ｂより流体の流れとは逆方向に超音波が発射さ
れ超音波送受波器１１ａにより受信される。この場合の
超音波信号の伝搬時間Ｔ２は Ｔ、 ＝ ｔ／Ｃ−Ｖ房０（２） となる。
従って超音波信号を受信する毎に駆動回路をトリガして
、送信、受信をくり返せばそのくり返しの周波数の差△
ｆは、式（１）および式（２）よりとな９、流速■は で得られる。
、送信、受信をくり返せばそのくり返しの周波数の差△
ｆは、式（１）および式（２）よりとな９、流速■は で得られる。
ところで、このような流速測定装置に使用される超音波
送受波器１１ａ、ｌｌｂは、対向する送受波器１１ｂ又
はｌｌａへの受信感度金玉ける目的で、第２図ｔａ）に
示すように平板振動子２０を用い、その超音波ビームの
指向特性は第２図（ｂ）に示すようなパターンになって
いる。
送受波器１１ａ、ｌｌｂは、対向する送受波器１１ｂ又
はｌｌａへの受信感度金玉ける目的で、第２図ｔａ）に
示すように平板振動子２０を用い、その超音波ビームの
指向特性は第２図（ｂ）に示すようなパターンになって
いる。
同、第２図（ａｌにおいて２１はコーテイング材、２２
ａ 、２２ｂは駆動端子、２３はケース、２４は吸収材
、２５は超音波ビームである。このような構成の送受波
器によると、流速測定において、流体によるビームの曲
りが生じ、その角ｒは魚γ＝ ｃ＋ｖ強θ／１／ｄ罰＋
ｙ＋ ’ｉ ｃ’−ｉ−〇−（５）となって、流体の
音速が比較的小さい流体が気体であるようなときｒは大
きくな９数度にもなり、第２図に示すようなビームでは
、対向振動子からずれることになり、受信超音波の感度
は著しく低下するので、トリガ回路の動作が不安定にな
り流速の計測に誤差を生じる欠点があった。
ａ 、２２ｂは駆動端子、２３はケース、２４は吸収材
、２５は超音波ビームである。このような構成の送受波
器によると、流速測定において、流体によるビームの曲
りが生じ、その角ｒは魚γ＝ ｃ＋ｖ強θ／１／ｄ罰＋
ｙ＋ ’ｉ ｃ’−ｉ−〇−（５）となって、流体の
音速が比較的小さい流体が気体であるようなときｒは大
きくな９数度にもなり、第２図に示すようなビームでは
、対向振動子からずれることになり、受信超音波の感度
は著しく低下するので、トリガ回路の動作が不安定にな
り流速の計測に誤差を生じる欠点があった。
［発明の目的］
この発明は上述した従来超音波送受波器の欠点を改良し
たもので、流体の流速が速くなっても超音波信号を感度
よく送信、受信することのできる超音波送受波器を提供
することを目的とする。
たもので、流体の流速が速くなっても超音波信号を感度
よく送信、受信することのできる超音波送受波器を提供
することを目的とする。
流体の流速によってビームが曲げられても超音波信号の
送波、受波の感度が低下することなく、安定な超音波の
受（Ｍを行なうには、超音波送受波器から放射される超
音波が曲り角度以上の方向に拡ろがシを持って放射され
れば、流速が大きくなって曲り角度が大きくなっても必
らず対向振動子方向に照射される超音波があることにな
り、受波器では超音波信号が受信可能と゛）る。、ここ
で超音波ビームの拡ろがりを振動子の軸に対し、−球面
状に分散させることは、対向する超音波送受波器が、流
速測定管（トランスデー−サ）の対面の一部にあるので
、流速測定管の軸に垂直な方向の拡ろがりは、対向する
超音波受波器には伺んら感度を向上させることなく、ム
ダに送波される信号となる。
送波、受波の感度が低下することなく、安定な超音波の
受（Ｍを行なうには、超音波送受波器から放射される超
音波が曲り角度以上の方向に拡ろがシを持って放射され
れば、流速が大きくなって曲り角度が大きくなっても必
らず対向振動子方向に照射される超音波があることにな
り、受波器では超音波信号が受信可能と゛）る。、ここ
で超音波ビームの拡ろがりを振動子の軸に対し、−球面
状に分散させることは、対向する超音波送受波器が、流
速測定管（トランスデー−サ）の対面の一部にあるので
、流速測定管の軸に垂直な方向の拡ろがりは、対向する
超音波受波器には伺んら感度を向上させることなく、ム
ダに送波される信号となる。
本発明では、流れ方向（１−ランスデー−サの軸方向）
には第３図ｔａＪに示すような、曲シ角以上の拡ろがり
を有するビームパターンを持ち、流れ垂直な方向（トラ
ンスデユーサの軸に垂直な方向）には収束又は平行なビ
ームパターンを有する第３図ｔａｌ 、 ｔｂ）に示す
ような超音波放射をする超音波送受波器を用いる。
には第３図ｔａＪに示すような、曲シ角以上の拡ろがり
を有するビームパターンを持ち、流れ垂直な方向（トラ
ンスデユーサの軸に垂直な方向）には収束又は平行なビ
ームパターンを有する第３図ｔａｌ 、 ｔｂ）に示す
ような超音波放射をする超音波送受波器を用いる。
この発明によれば、超音波送受波器より放射される超音
波ビームは流れの曲り角取上に放射されているので、流
れによって超音波信号の減衰が少ない信号が得られ、流
れに影響を受けない流れに垂直な方向の超音波ビームは
平行または収束しているので、放射エネルギーを有効に
利用できるので、流速の広い範囲にわたって流速の計測
が安定に行なえる効果がある。
波ビームは流れの曲り角取上に放射されているので、流
れによって超音波信号の減衰が少ない信号が得られ、流
れに影響を受けない流れに垂直な方向の超音波ビームは
平行または収束しているので、放射エネルギーを有効に
利用できるので、流速の広い範囲にわたって流速の計測
が安定に行なえる効果がある。
第４図は本発明の実施例を示す図で、第４図ｔａ）は超
音波送受波器の流速測定管の軸に平行な断面図で、超音
波振動子２００表面に凸面状に形成されたレンズ４０を
取り付けである。このレンズは ′流速測定管の軸に垂
直の断面図が第４図（ｂ）に示すように凹面状に形成さ
れている。この材質は、エポキシ系樹脂やアクリル系樹
脂、ポリウレタン系樹脂などほかステンレス黄銅などの
金属で被計測流体の音速Ｃより速い音速を有する固体材
質で形成される。樹脂では振動子２０の表面に金型など
取シ付は直接注型成形するほか、別に成形したものを接
着するなどして形成する。
音波送受波器の流速測定管の軸に平行な断面図で、超音
波振動子２００表面に凸面状に形成されたレンズ４０を
取り付けである。このレンズは ′流速測定管の軸に垂
直の断面図が第４図（ｂ）に示すように凹面状に形成さ
れている。この材質は、エポキシ系樹脂やアクリル系樹
脂、ポリウレタン系樹脂などほかステンレス黄銅などの
金属で被計測流体の音速Ｃより速い音速を有する固体材
質で形成される。樹脂では振動子２０の表面に金型など
取シ付は直接注型成形するほか、別に成形したものを接
着するなどして形成する。
第５図は本発明の他の実施例で、振動子２０を上述のよ
うな特性をもつように製作することによって本発明を実
施した場合を示す。第５図（ａ）は流速測定管の軸に平
行な断面を示す図で振動子２０は外に凸状に成形されて
、流速測定管の軸に垂直な断面は第５図（ｂ）に示すよ
うに平面になっている。
うな特性をもつように製作することによって本発明を実
施した場合を示す。第５図（ａ）は流速測定管の軸に平
行な断面を示す図で振動子２０は外に凸状に成形されて
、流速測定管の軸に垂直な断面は第５図（ｂ）に示すよ
うに平面になっている。
このように成形された超音波送受波器では、流速測定管
の軸方向には拡ろがりのある超音波ビームが放射され、
流れの速さに影響を受けない安定な超音波信号が送、受
信できる。
の軸方向には拡ろがりのある超音波ビームが放射され、
流れの速さに影響を受けない安定な超音波信号が送、受
信できる。
第１図は、シングアラウンド法による超音波流速測定装
置の例を示す図、第２図は、従来使用されている超１波
受波器とその指向性を不す図、第３図は、本発見」の超
音波送受波器の指向特性を示す図、８ｉ！４図は本発明
の一実施例による超音波送受波器のＩＩ、１′［１Ｉ１
１図、第５図は、本発明の他の実施例を示す図である。 １１ａ、ｌｌｂ・・・超音波送受波器、２０・・・ｉ動
子、２１・・・コーテイング材、２２ａ１２２ｂ・・・
駆動端子、２３・・・送受波器ケース、２４・・・吸収
材。 代理人 弁理士 則 近 Ｊ 佑（ほか１名）（ムＤ 第 （ム） イ図 （／：５） ５図 （ｂ）
置の例を示す図、第２図は、従来使用されている超１波
受波器とその指向性を不す図、第３図は、本発見」の超
音波送受波器の指向特性を示す図、８ｉ！４図は本発明
の一実施例による超音波送受波器のＩＩ、１′［１Ｉ１
１図、第５図は、本発明の他の実施例を示す図である。 １１ａ、ｌｌｂ・・・超音波送受波器、２０・・・ｉ動
子、２１・・・コーテイング材、２２ａ１２２ｂ・・・
駆動端子、２３・・・送受波器ケース、２４・・・吸収
材。 代理人 弁理士 則 近 Ｊ 佑（ほか１名）（ムＤ 第 （ム） イ図 （／：５） ５図 （ｂ）
Claims (1)
- 超音波流速計測装置の流速測定管に配設される超音波送
受波器において、該超音波送受波器の超音波放射および
受信先端部の形状を、前記流速測定管の軸方向の断面が
凸状であるように、かつ流器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58169222A JPS6061621A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 超音波流速計測装置の超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58169222A JPS6061621A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 超音波流速計測装置の超音波送受波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6061621A true JPS6061621A (ja) | 1985-04-09 |
Family
ID=15882478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58169222A Pending JPS6061621A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 超音波流速計測装置の超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6061621A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0243515A1 (de) * | 1986-04-26 | 1987-11-04 | MMT-Medizin Messtechnik U. Spiegelhauer KG | Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Gasgemischen in einem freien Rohrquerschnitt |
| WO2000050852A1 (en) * | 1999-02-23 | 2000-08-31 | Giorgio Bergamini | An improved system for measuring the flow-rate of a gas by means of ultrasound |
| WO2019152041A1 (en) * | 2018-02-01 | 2019-08-08 | Reliance Worldwide Corporation | Sensor mount |
| US11293562B2 (en) | 2018-02-01 | 2022-04-05 | Streamlabs, Inc. | Flow tube for hosting a flow meter and a shut-off valve |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP58169222A patent/JPS6061621A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0243515A1 (de) * | 1986-04-26 | 1987-11-04 | MMT-Medizin Messtechnik U. Spiegelhauer KG | Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Gasgemischen in einem freien Rohrquerschnitt |
| WO2000050852A1 (en) * | 1999-02-23 | 2000-08-31 | Giorgio Bergamini | An improved system for measuring the flow-rate of a gas by means of ultrasound |
| JP2002538421A (ja) * | 1999-02-24 | 2002-11-12 | ベルガミニ、ジオルジオ | 超音波により気体流量を測定するための改良測定システム |
| US6539812B1 (en) | 1999-02-24 | 2003-04-01 | Giorgio Bergamini | System for measuring the flow-rate of a gas by means of ultrasound |
| WO2019152041A1 (en) * | 2018-02-01 | 2019-08-08 | Reliance Worldwide Corporation | Sensor mount |
| US11118949B2 (en) | 2018-02-01 | 2021-09-14 | Reliance Worldwide Corporation | Sensor mount |
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