JPS60151516A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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Publication number
JPS60151516A
JPS60151516A JP59006750A JP675084A JPS60151516A JP S60151516 A JPS60151516 A JP S60151516A JP 59006750 A JP59006750 A JP 59006750A JP 675084 A JP675084 A JP 675084A JP S60151516 A JPS60151516 A JP S60151516A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
fluid
columnar
transmitter
receiver
Prior art date
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Pending
Application number
JP59006750A
Other languages
English (en)
Inventor
Ikuo Hanamiya
花宮 幾雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd, Fuji Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP59006750A priority Critical patent/JPS60151516A/ja
Publication of JPS60151516A publication Critical patent/JPS60151516A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring 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
    • G01F1/662Constructional details

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、流体に超音波を発信する発信子と前記流体か
ら反射される超音波を受信する受信子とから成り、ドツ
プラ効・果を利用して1)1■記流体の流速や流量を測
定する超音波流量計に関する。
〔従来技術とその問題点〕
この種の従来の超音波流量計は一般に第1図および第2
図に示すように構成されている。
すなわち流体の流れに超音波を発信する発信子1と、流
体中の固形物又は気泡等から反射された超音波を受信す
る受信子2とから成り、これらの発信子1および受信子
2は並置され、有機合成樹脂材等の超音波透過材3の中
に一体に埋設されている。4はキャップ、5は電線ケー
ブルである。
このように構成された超音波流量計は、発信子1より流
体に発信される超音波周波数と、受信子2で受信される
超音波周波数との差を、いわゆる流体の流速により変化
するドツプラ効果を利用して、流体の流速や流量を測定
する。この場合受信子2に到達する超音波の周波数は、
発信子1からの超音波周波数と整合されて、この画周波
数の差であるビート周波数すなわちドツプラ周波数によ
り振幅変調される。
このドツプラ周波数は次の公知の式で与えられここでf
dはドツプラ周波数、foは発信子lからの超音波周波
数、■は流体の流速、Cは超音波透過材3中の音速、θ
は流体の流れの軸と超音波透過材中の超音波エネルギの
伝搬径路とのなす角度である。
この式において、foは定数であり、cosθもθを予
め所定の角度に設定しているので定数とみなし、Cは超
音波透過材3の温度によって変化するが、その幅は小さ
く大幅な温度変化の時のみ温度補正して、2.cosθ
・f o /cを定数化している。従つてドツプラ周波
数fd は流体の速度Vに比例し、流体の流速又は流量
を測定できる。
しかし第1図および第2図に示しだ従来の超音波流量計
の場合、後で詳細に述べるように、超音波透過材3と一
体化された超音波振動子である発信子lおよび受信子2
の指向角が温度により変化し、また発信子1と受信子2
の流体に対して有効な指向範囲すなわち流体中に超音波
エネルギが到達し得る範囲又は流体中の固形物や気泡等
に反射された超音波エイ、ルギが受信子に到達し得る範
囲が、超音波透過材3の音速および流量訓と接触する流
体あるいは流体を移送させる管の音速によって変化する
ため、測定精度が悪いという欠点を有している。
第3図Aおよび第3図Bを参照してこの発信子1および
受信子2の指向角および指向範囲について詳細に説明す
る。第3図Aおよび第3図13はそれぞれ超音波透過材
3の温度が低い場合および高い場合の指向角a、b、指
向特性c、d、および流体に対して有効な指向範囲e、
fを示している。
捷ず指向角a、bについて説明する。この指向角は、超
音波振動子から超音波透過側へ発信された超音波エネル
ギを超音波振動子の中心軸上の音圧を1として07の音
圧の点の拡がり角度として定められている。指向角は超
音波透過材の音速に比例し、超音波振動子の直径と周波
数に反比例する。指向角で定められる範囲の音波が有効
であるとして説明を進める。有機合成樹脂の超音波透過
材3は温度が上がると音速が低下する特性を有している
ので、この音速に比例する指向角は第3図Aおよび第3
図Bに示すように、温度が上がると小さくなる( a)
b )。
次に前述の指向範囲e、fについて説明する。
超音波透過材3および流量計と接触する流体あるいは流
体を移送させる管6との間には公知側であるスネルの法
則、すなわち cosθ/c = c o sθ//C/が成立する。
ここでC′は流体中の音速、θ′は流体の流れ軸と流体
中の超音波の伝搬方向のなす角度である。前述したよう
に指向角a、bがある大きさと範囲を有しているので、
発信された超音波エネルギは流体あるいは管6と流量計
との境界に対して種々の角度で入射する。この場合co
sθI−(c’ / c )、 cosθ≧1となるよ
りなθに対して(d、境界で全反射が生じ、超音波は流
体に入射しない。
このために第3図Aおよび第3図Bで斜線で示した範囲
e、fの超音波のみが流体中に到達し、また流体中の固
形物や気泡等による反射を受けて受信子2に戻ることに
なる。従って指向角が前述したように温度の影響を受け
て変化すれば、流体中に到達し得る超音波の有効な指向
範囲もeがらfへ変化する(elf)。
前記の指向角a、bおよび指向範囲e、fと前述の式と
の関係について説明すると、流体中に発信される超音波
エネルギも流体中の固形物や気泡等に反射されて受信子
に到達する超音波エネルギも共に、前記の指向角および
指向範囲によって決定される範囲内のあらゆる角度成分
の超音波エネルギを持ち、更に超音波透過材や流体ある
いは管の温度変化に伴なって前記の指向角および指向範
囲が変化するので、前述の式のθはこれらの平均的な値
をとることになる。従って上述の従来の超音波流量計の
場合、指向角および流体に対して有効な指向範囲の変化
による測定精度の低下を防止するためには、前述の式の
cosθに温度補正をしなければならない。なお従来の
超音波流量計として発信子1と受信子2とが同一の超音
波透過材3の上に配置されたものについて説明したが、
41:信子と受信子とがそれぞれ独立している超音波流
量計についても同様の問題がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述の従来の欠点を解消し、温度変化
に影響されずに常に高い精度で流体の流速や流量を測定
できる超音波流量計を作ることにある。
〔発明の要点〕
本発明によればこの目的は、冒頭に述べた形式の超音波
流量側において、超音波の発信子および受信子が超音波
透過特性の良好な材料から成る柱状超音波透過体の上端
面に設置され、この柱状超音波透過体がその材料と音響
インピーダンスが異なっているか超音波を吸収する材料
から成る包囲体の中に、カ1]定時において柱状超音波
透過体の軸心と流体の流れ軸とが50〜65°の角ry
をなすように設置されていることによって達成される。
〔発明の実施例〕
次に第4図と第5図および第7図と第8図に示しだ2つ
の実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。これらの
図面において第1図および第2図における従来の超音波
流量計と同一ないし相当部分には同一符号を付してその
詳細な説明は省略する。
第4図および第5図において、超音波の発信子1および
受信子2に本発明に基づいて超音波透過特性の良好な材
料たとえば有機合成樹脂等がら成る柱状超音波透過体I
Lの北端面に接着され、この柱状超音波透過体11はそ
の材料と音響インピーダンスが異なっているか超音波を
吸収する材料から成る包囲体12の中に設置されている
。この場合柱状超音波透過体11は、流体の流速ないし
流量の測定時において柱状超音波透過体11の軸・bと
流体の流れ軸とが50〜65°の角度をなすように、包
囲体12の貫通孔I3の中にはめ込み設置されている。
このようf二構成された本発明に基づく超音波流量計の
場合、第6図に示したように、i、j、にのような径路
の超音波は、柱状超音波透過体11の外周面と包囲体1
2の貫通孔13の内周面との境界面で反射と透過を繰り
返して減衰される。従って柱状超音波透過体11の軸心
にほぼ平行に走るlのような径路の超音波のエイ、ルギ
強度が大きくなり、みかけの指向角が小さくなる。また
柱状超音波透過体11の軸心と流体の流れ軸とのなす角
度を50〜65°に設定することによって、超音波の発
信子1および受信子2の指向角が小さくされている。
このようにして発信子1および受信子2の指向角および
みかけの指向角が小さくされているので、柱状超音波透
過体11の温度が変化し、それに伴なって第3図に示し
だような流体に対して有効な指向範囲が変化しても、超
音波エネルギの発信および受信される範囲は常に有効な
指向範囲内におさまり、それらの影響を受けること(l
′iない。従って柱状超音波透過体1.1の温度変化に
伴なう指向角の温度補正、すなわち上述の方程式でのc
osθの温度補正は不要であり、超音波流量計の篇度変
 。
化に対する安定性が高まり、測定精度が向とする。
第7図および第8図は本発明に基づく超音波流量計の異
なる実施例を示し、基本的には第4図および第5図にお
ける超音波流量計と同じ構造をしているが、柱状超音波
透過体11が雄ねじ14を有し、包囲体12の貫通孔1
3がねし孔であり、柱状超音波透過体、、t 1が包囲
体12のねじ孔13の中にねじ込み結合されているとい
う点で相違している。この実施例の場合、柱状超音波透
過体11と包囲体12のねじ結合部分に到達する超音波
エネルギは、反射と包囲体12への透過をこのねじ結合
部分で繰り返して減衰される。この超音波エネルギの径
路はねじ結合部分の作用によって第4図および第5図に
示した実施例よりも長くなり、減衰効果が大きくなる。
従って発信子1および受信子2のみかけの指向角が相応
して小さくなる。
このために第4図および第5図に示した実施例よりも一
層超音波流量計の温度変化に対する安定性が高まり、測
定精度が向上する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、超音波流量計における超音波透過材の
温度変化による発信子および受信子の指向角の変化を小
さく抑え、また流体に対する有効な指向範囲の変化をl
J・さく抑えることができ、超音波流量計の温度変化に
伴なう発信子および受信子の指向角の温度補正が不要と
なシ、超音波流量計の温度変化に対する安定性が高まり
、常に高い精度で流速や流量を測定できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来における超音波流量計の一部
を破断した斜視図および縦断面図、第3図Aおよび第3
図Bはそれぞれ従来の超音波流量計における超音波透過
材の温度が低い場合および高い場合の指向角、指向特性
および流体に対して有効な指向範囲の説明図、第4図お
よび第5図は本発明に基づく超音波流量計の一実施例の
一部を破断した斜視図および縦断面図、第6図は本発明
に基づ〈超音波流量計における超音波の径路を示す説明
図、第7図および第8図は本発明に基づく超音波流量計
の異なる実施例の一部を破断した斜視図および縦断面図
である。 1:発信子、 2;受信子、 4:キャップ、5:電線
ケーブル、 11:柱状超音波透過体、12:包囲体、
 13:貫通孔、 14:雄ねじ。 第2図 第5園

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)流体に超音波を発信する発信子と前記流体から反射
    される超音波を受信する受信子とから成り、ドツプラ効
    果を利用して前記流体の流速や流量を測定する超音波流
    h1.計において、発信子および受信子が超音波透過特
    性の良好な材料から成る柱状超音波透過体の上端面に設
    置され、この柱状超音波透過体がその材料と音響インピ
    ーダンスが異なっているか超音波を吸収する材料から成
    る包囲体の中に、測定時において柱状超音波透過体の軸
    心と流体の流れと軸とが50〜65°の角度をなすよう
    に設置されていることを特徴とする超音波流量計。 2、特許請求の範囲第1項に記載の超音波流量計におい
    て、柱状超音波透過体が雄ねじを有し、包囲体にあるね
    じ孔の中にねじ込まれていることを特徴とする超音波流
    量計。
JP59006750A 1984-01-18 1984-01-18 超音波流量計 Pending JPS60151516A (ja)

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JP59006750A JPS60151516A (ja) 1984-01-18 1984-01-18 超音波流量計

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JP59006750A JPS60151516A (ja) 1984-01-18 1984-01-18 超音波流量計

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JPS60151516A true JPS60151516A (ja) 1985-08-09

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ID=11646864

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JP (1) JPS60151516A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
EP1559999A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-03 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Wedge and wedge unit for use in ultrasonic doppler flow meter
JP2005351828A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Fuji Electric Systems Co Ltd ドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニット
JP2005351827A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Fuji Electric Systems Co Ltd ドップラー式超音波流量計に用いられる楔および楔ユニット

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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
EP1559999A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-03 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Wedge and wedge unit for use in ultrasonic doppler flow meter
JP2005351828A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Fuji Electric Systems Co Ltd ドップラー式超音波流量計に用いられる楔ユニット
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