JPS60169716A - 流速測定トランスデユ−サ - Google Patents
流速測定トランスデユ−サInfo
- Publication number
- JPS60169716A JPS60169716A JP59025117A JP2511784A JPS60169716A JP S60169716 A JPS60169716 A JP S60169716A JP 59025117 A JP59025117 A JP 59025117A JP 2511784 A JP2511784 A JP 2511784A JP S60169716 A JPS60169716 A JP S60169716A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrators
- increasing
- flow
- thickness
- frequency
- 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.)
- Granted
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (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〕
この発明は呼吸ガスの流量を計測するだめの流速測定ト
ランスデユーサに関する。
ランスデユーサに関する。
呼吸ガスの流量の計測には、差圧方式、熱線方式、羽根
車方式などがあるが、近年超音波を利用する流量計測も
行なわれている。特開昭５７−７７９１４号に全記載さ
れた発明も超音波による計測の一例である。これに使用
される測定管の構成ば、第１図に断面図を示すように、
流体の流れる方向１０に対し角度１１で斜めに一対の超
音波振動子２ａ、２ｂ′ｆ：配置しである。測定管１の
側面に振動子２ａ、２ｂを収納する凹所３ａ、３ｂが設
けられており、その大きさは超音波の放射方向１２の傾
きと、使用する振動子２ａ、 ２ｂの大きさとで決まる
。呼吸ガスの流量計測では測定管１の内径は、それに接
続される気管チューブや人工呼吸器の空気回路の蛇管の
内径とほぼ等しく選択されるので約１０ｍｍ〜１５ｍｍ
であり、傾き１１も流量の感度の点から２０゜〜６ｏ勢
Ｘ選択される。従って測定管の側面に設けられる凹所３
ａ、、３ｂを過度に大きくして、流体の流れが乱れない
程度にし、そして超音波振動子２ａ。
車方式などがあるが、近年超音波を利用する流量計測も
行なわれている。特開昭５７−７７９１４号に全記載さ
れた発明も超音波による計測の一例である。これに使用
される測定管の構成ば、第１図に断面図を示すように、
流体の流れる方向１０に対し角度１１で斜めに一対の超
音波振動子２ａ、２ｂ′ｆ：配置しである。測定管１の
側面に振動子２ａ、２ｂを収納する凹所３ａ、３ｂが設
けられており、その大きさは超音波の放射方向１２の傾
きと、使用する振動子２ａ、 ２ｂの大きさとで決まる
。呼吸ガスの流量計測では測定管１の内径は、それに接
続される気管チューブや人工呼吸器の空気回路の蛇管の
内径とほぼ等しく選択されるので約１０ｍｍ〜１５ｍｍ
であり、傾き１１も流量の感度の点から２０゜〜６ｏ勢
Ｘ選択される。従って測定管の側面に設けられる凹所３
ａ、、３ｂを過度に大きくして、流体の流れが乱れない
程度にし、そして超音波振動子２ａ。
２ｂの大きさは数ｍｍの直径のものが使用される。
一方、呼吸ガスの流量を計測するだめの超音波周波数は
、流量計測の分解能を上げるだめには比較的高い周波数
が、また、伝搬による減衰量を少なくするだめには比較
的低い周波数が良いので、数１００ＫＨｚの周波数が選
択される。ところがこの様に選択された超音波振動子の
厚みはその直径とほぼ同じ程度も［７〈ばそれ以上とな
る。これは超音波の振動周波数が、その厚与に反比例す
る関係をもっているためでａする。たとえは一般に使用
されるチタン１１νガ）電圧「１．セラミックによる振
動子で５００ＫＨｚでは約４膿、３１”ｌ ＯＫｌ（Ｚ
で（は約６．５鴎程度になる。
、流量計測の分解能を上げるだめには比較的高い周波数
が、また、伝搬による減衰量を少なくするだめには比較
的低い周波数が良いので、数１００ＫＨｚの周波数が選
択される。ところがこの様に選択された超音波振動子の
厚みはその直径とほぼ同じ程度も［７〈ばそれ以上とな
る。これは超音波の振動周波数が、その厚与に反比例す
る関係をもっているためでａする。たとえは一般に使用
されるチタン１１νガ）電圧「１．セラミックによる振
動子で５００ＫＨｚでは約４膿、３１”ｌ ＯＫｌ（Ｚ
で（は約６．５鴎程度になる。
圧電、セラミックの厚さが増すと静電容量が小さくなり
、前記の大きさでは、材料の誘電率にもよるが約ｉ ｏ
ｐ Ｆ以下となり、これに接続されるケーブルの線間
容量ば１５０ｐｉｉ’〜３００ＰＦ’程度であり、その
静′屯谷鼠配分が著しくアンバランスになる。測定管１
は前述のように内径は１０〜１５価グで、その長さはで
きるだけデッドスペースを小さくするため短く作られ、
＠液化することも必要である。
、前記の大きさでは、材料の誘電率にもよるが約ｉ ｏ
ｐ Ｆ以下となり、これに接続されるケーブルの線間
容量ば１５０ｐｉｉ’〜３００ＰＦ’程度であり、その
静′屯谷鼠配分が著しくアンバランスになる。測定管１
は前述のように内径は１０〜１５価グで、その長さはで
きるだけデッドスペースを小さくするため短く作られ、
＠液化することも必要である。
このため超音波振動子の直径は５痛までのものが使用さ
れ、その静電容量は約５ＰＦとなり、接続されるケーブ
ルとの容量比は１：５０程度にもなって駆動効率が悪く
なる。マツチングトランスなどの電気的変換手段もとら
れるが、変換比が極端でトランス等の形状にも測定管の
振動子部分に配置するにも問題がある。
れ、その静電容量は約５ＰＦとなり、接続されるケーブ
ルとの容量比は１：５０程度にもなって駆動効率が悪く
なる。マツチングトランスなどの電気的変換手段もとら
れるが、変換比が極端でトランス等の形状にも測定管の
振動子部分に配置するにも問題がある。
この発明は上述した従来の測定管に使用される超音波振
動子の特性を改良したもので、その静電容量が大きく、
超音波振動子の、駆動が容易になる流速測定トランスデ
ユーサを提供することを目的とする。
動子の特性を改良したもので、その静電容量が大きく、
超音波振動子の、駆動が容易になる流速測定トランスデ
ユーサを提供することを目的とする。
超音波振動子の周波数は、厚み撮動モードを利用すると
き、その厚みに反比例する。すなわち、材料定数の一つ
である周波数定数（ｔ−ＩＱ（ｚ）で決まるので、周波
数をｆ、周波数定数をＫとすれば、その厚みｔは ｔ ＝に／ ｔ で厚さｔが決まる。厚みモードの振動では、その厚さに
振動波が定在し同有振動を生じるので、物理的寸法がそ
の振動周波数を決めることになる。
き、その厚みに反比例する。すなわち、材料定数の一つ
である周波数定数（ｔ−ＩＱ（ｚ）で決まるので、周波
数をｆ、周波数定数をＫとすれば、その厚みｔは ｔ ＝に／ ｔ で厚さｔが決まる。厚みモードの振動では、その厚さに
振動波が定在し同有振動を生じるので、物理的寸法がそ
の振動周波数を決めることになる。
そこで本発明では、厚みが所用の厚さになるように数枚
の薄い厚さの振動子を積層して、その全体は周波数は必
要とする数１００Ｋｔ（ｚの振動周波数になるように構
成する。振動子を積層するとき、各振動子の分極の方向
は印加電圧の極性との関係が同じになるように、分極の
方向は父互に逆方間となるように積層する。このように
構成することによって、各振動子は必要とする周波数よ
り高い共振周波数となり、その厚さも積層枚数分の１に
なって、静′屯容−；、七は積層枚数倍になる。
の薄い厚さの振動子を積層して、その全体は周波数は必
要とする数１００Ｋｔ（ｚの振動周波数になるように構
成する。振動子を積層するとき、各振動子の分極の方向
は印加電圧の極性との関係が同じになるように、分極の
方向は父互に逆方間となるように積層する。このように
構成することによって、各振動子は必要とする周波数よ
り高い共振周波数となり、その厚さも積層枚数分の１に
なって、静′屯容−；、七は積層枚数倍になる。
本発明によれば、振動子直径が同じで振動周波数を低く
しても、その静電容量を大きくすること又、本発ＢＡＶ
ｃよれば、駆動電圧が同じ場合、各振動子に印加される
電圧は同じであるから、その厚さが積層枚数分の１にな
っているので、その電界強度は積層枚数倍になっており
、駆動電圧を積層枚数倍にしたのと［司じ効果を生じる
。
しても、その静電容量を大きくすること又、本発ＢＡＶ
ｃよれば、駆動電圧が同じ場合、各振動子に印加される
電圧は同じであるから、その厚さが積層枚数分の１にな
っているので、その電界強度は積層枚数倍になっており
、駆動電圧を積層枚数倍にしたのと［司じ効果を生じる
。
本発明による流速測定トランスデユーサに用いる振動子
の断面を第２図に示す。
の断面を第２図に示す。
振動子２１ａ、 ２１ｂＳ２１ｃは分極方向２８に示す
方向に分極された圧電セラミックス、撮動子２２＆、２
２ｂは分極方向２９に示す方向に分極された圧電セラミ
ックスで各接合面には電極２４ａ、２４ｂ、および電極
２３臥２３ｃがはさみ込まれて接層、接合されている。
方向に分極された圧電セラミックス、撮動子２２＆、２
２ｂは分極方向２９に示す方向に分極された圧電セラミ
ックスで各接合面には電極２４ａ、２４ｂ、および電極
２３臥２３ｃがはさみ込まれて接層、接合されている。
振動子の両端にも電惨２４ｃ１および電極２３ａが接着
、′接合されている。電極２４ａ、２’４ｂ、２４ｃは
、リード線２６で互いに接続されている。また電極２３
ａ、２３ｂ。
、′接合されている。電極２４ａ、２’４ｂ、２４ｃは
、リード線２６で互いに接続されている。また電極２３
ａ、２３ｂ。
２３ｃはリード線２７で互いに接続されている。積層さ
れた振動子は保持材２５に接着固定されている。
れた振動子は保持材２５に接着固定されている。
第３図に本発明の実施例を示す。測定管１の凹所３ａ、
３ｂＫ第２図に示す積層された振動子３１ａ−３１ｂが
収納され、保持材３３ａ、３３ｂで測定管１に固定され
ている。本実施例によれば、呼吸ガス流量計測のため測
定管１は、超晋波周波数を像くしても、その超音波振動
子の直径を大きくすることなく、従来と同じ駆動で行な
えるので、凹所３ａ、３ｂを大きくし、流体の流れの乱
れやデッドスペースを増加させることなく、駆動が可能
になる。また振動子が積層されており同じ駆動電圧では
電界強度が増加し、駆動効率が改良されるという利点も
ある。
３ｂＫ第２図に示す積層された振動子３１ａ−３１ｂが
収納され、保持材３３ａ、３３ｂで測定管１に固定され
ている。本実施例によれば、呼吸ガス流量計測のため測
定管１は、超晋波周波数を像くしても、その超音波振動
子の直径を大きくすることなく、従来と同じ駆動で行な
えるので、凹所３ａ、３ｂを大きくし、流体の流れの乱
れやデッドスペースを増加させることなく、駆動が可能
になる。また振動子が積層されており同じ駆動電圧では
電界強度が増加し、駆動効率が改良されるという利点も
ある。
易１区に従来１モ用される測定管の例を示す図、第２図
は不発１シ」の実施例で使用される振動子の構成図、第
３図７−１本発明の実施例を示す図である。 １・・・測定管２ａ、２ｂ・・・振動子 ３ａ、３ｂ・
・・凹所１０・・・流体の流れ １２・・・超音波放射
方向１１・・・傾斜角度 も ４ａ、４ｂ・・・ケーブル ２１転２１＼２１ｃ、２２ａ、２２頃２２ｃ・・・薄い
超音波振動子２３ａ、 ２３ｂ、 ２３ｃ、 ２４ａ、
２４ｈ、 ２４ｃ −Ｉｔ極２５・・・保持材 ２６
．２７・・・リード線３１ａ、３１ｂ・・・積層された
振動子３２ａ、３２ｂ・・・ケーブル ３３亀３３ｂ・・・保持材 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第 １ 図 −ｂ 第 ２ 図
は不発１シ」の実施例で使用される振動子の構成図、第
３図７−１本発明の実施例を示す図である。 １・・・測定管２ａ、２ｂ・・・振動子 ３ａ、３ｂ・
・・凹所１０・・・流体の流れ １２・・・超音波放射
方向１１・・・傾斜角度 も ４ａ、４ｂ・・・ケーブル ２１転２１＼２１ｃ、２２ａ、２２頃２２ｃ・・・薄い
超音波振動子２３ａ、 ２３ｂ、 ２３ｃ、 ２４ａ、
２４ｈ、 ２４ｃ −Ｉｔ極２５・・・保持材 ２６
．２７・・・リード線３１ａ、３１ｂ・・・積層された
振動子３２ａ、３２ｂ・・・ケーブル ３３亀３３ｂ・・・保持材 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第 １ 図 −ｂ 第 ２ 図
Claims (1)
- １対の超音波振動子を対、向して配設される流速測定用
トランスデユーサにおいて、前記超音波振動子が積層し
て形成されておシ、その振動子の厚さと直径捷たは方形
にあってはその幅の比が１以上であることを特徴とする
流速測定トランスデユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59025117A JPS60169716A (ja) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | 流速測定トランスデユ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59025117A JPS60169716A (ja) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | 流速測定トランスデユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60169716A true JPS60169716A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH0527045B2 JPH0527045B2 (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=12156981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59025117A Granted JPS60169716A (ja) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | 流速測定トランスデユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60169716A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997021985A1 (en) * | 1995-12-13 | 1997-06-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector |
| US6748811B1 (en) | 1999-03-17 | 2004-06-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter |
| JP2005201838A (ja) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Kaijo Corp | 高温流体測定用超音波センサ |
-
1984
- 1984-02-15 JP JP59025117A patent/JPS60169716A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997021985A1 (en) * | 1995-12-13 | 1997-06-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector |
| US6508133B1 (en) | 1995-12-13 | 2003-01-21 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic generator/detector |
| JP3554336B2 (ja) * | 1995-12-13 | 2004-08-18 | 松下電器産業株式会社 | 超音波流量計及び超音波送受波器 |
| EP1754958A1 (en) * | 1995-12-13 | 2007-02-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter and ultrasonic transducer |
| US6748811B1 (en) | 1999-03-17 | 2004-06-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic flowmeter |
| JP2005201838A (ja) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Kaijo Corp | 高温流体測定用超音波センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0527045B2 (ja) | 1993-04-20 |
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