JPS63286719A - 相関流量計 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 本発明は流れの情報を流路の上流側と下流側とで検出し
てその相互相関値より流量を測定する相関式流量計に関
するものである。

「従来の技術」 第３図は相関流量計の一従来例を示すものである。

図中符号１は、流量を測定すべき流路を構成する配管で
ある。この配管１には、フランジ２・２を介して配管３
が接続されており、この配管３に設けられた流量計によ
って流量の測定が行われるようになっている。

上記配管３には、上流側超音波センサ４Ａと下流側超音
波センサ４Ｂとが前記配管ｌの管軸方向に相互間隔をお
いて設けられている。前記超音波センサ４Ａ・４Ｂはい
ずれも同一の構成とされており、それぞれ、超音波発信
子５ａ・５ｂおよび超音波受信子６ａ・６ｂから構成さ
れている。そして、前記超音波発信子５ａ・５ｂは、超
音波源７にそれぞれ接続されて駆動され、一方、超音波
受信子６ａ・６ｂに検出された信号は、それぞれ信号変
換器８Ａ・８Ｂに入力されて所定の電気信号に変換され
た後、演算器９に入力されて相互相関演算処理を受ける
ようになっている。

以上のように構成された相関流量計においては、管内流
体に乱れによって、各超音波発信子５ａ・５ｂから発信
された超音波が変調を受け、変調された信号が各超音波
受信子６ａ・６ｂにより検出される。この検出信号は、
変換器８Ａ・８Ｂにより復調された後、演算器９に入力
されて相関演算処理を受け、この演算により、変調信号
が上流側、下流側の超音波受信子６ａ・６ｂにそれぞれ
検出された時間差を求め、この時間差から管内流速を測
定することができる。そして、求められた流速と、配管
３の断面積との積により流量を算出するようにしている
。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、流路を流れる流体は、マクロ的には管軸に沿
う方向の速度成分のみを持つとみなすことができるが、
ミクロ的には、流体に生じた烏などの影響により他の方
向（管軸と直交する平面内の各方向）への速度成分を持
っている。そして、この方向への速度成分は、管軸方向
に沿う速度成分に比して不安定であるとともに、管径の
大きな部分において特にその傾向が著しく、上流側、下
流側の検出子６ａ・６ｂで乱れを検出しようとする場合
の誤差の原因となる。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、流体が持
っている管軸方向以外への速度成分の変動に起因する誤
差を減少させることを目的とするものである。

「発明が解決しようとする問題点」 上記目的を゛達成するため、本発明は、流れの方向に沿
う複数箇所に、流体の乱れを検出するセンサを設け、各
センサの検出信号の相互相関値から前記流体の流量を測
定する相関流量計において、前記各センサより上流側に
位置する流路の内径を下流側に向かって漸次縮減するよ
うにしたものである。

「作用」 上記構成によれば、測定区間に流入しようとする流体は
、これよりも上流側で縮流することにより流速が増大し
、管壁からの「乱れ」の発生が増加することにより「乱
れ」の検出を容易にするとともに、流れの自由度が小さ
くなるために管軸方向以外のへの速度成分の変動に起因
する誤差を減少さ仕ることができる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。なお、
図中従来例と共通の部分には同一符号を付し、説明を簡
略化する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

この一実施例の流量計は、配管ｌに取り付けられる配管
１０に、テーパ部ｊｌと直管部１２とからなる構造を採
用してなるものである。前記テーパ部１１は、一端が配
管１と同一内径、他端が直管部１２と同一内径をなすテ
ーパ状に形成され、直管部１２には、第３図に示す従来
例と同様の構成とされた超音波センサ４Ａ・４Ｂが設け
られている。

このように構成された流量計においては、配管ｌを流れ
る流体の流速がテーパ部１１を通過することにより徐々
に増大して行き、管壁からの「乱れ」の発生が増加する
ことにより　「乱れ」の検出を容易にするとともに、流
れの自由度が小さくなるために管軸方向以外のへの速度
成分の変動に起因する誤差を減少させることができる。

なお、前記直管部１２の下流側は、必要に応じて元の管
径と同等になるまで拡大させても、同径のままにしても
よく、流量計が設けられた配管系に許容される圧力損失
等の条件に応じて適宜管径を設定すればよい。

次いで、第２図は本発明の他の実施例を示すものである
。

この実施例は、配管ｌおよびこれに接続された配管ｌ°
内にペンチエリ−管１３を挿入するようにしたものであ
る。

前記ベンチュリー管１３は、外周が前記配管ｌ・ｌｏに
密着し得る円筒面をなす筒体であって、例えば、ＰＲＰ
などの合成樹脂、金属などにより形成されており、その
内側には、入口側テーパ部１４、直管部１５、出口側テ
ーパ部１６が順次形成されている。そして、直管部１５
に相当する部分の管壁に前記超音波センサ４Ａ・４Ｂが
埋設されている。また、入口側テーパ部１４は、直管部
ｉ５へ流入する流体に生じる乱れを最小限に抑制すべく
比較的なだらかな傾斜に設定され、一方、出口側テーパ
部１６は、流速を本来の速度まで低下させて圧損を最小
限に抑制すべく、前記入口側テーパ部１４より大きな傾
斜に設定されている。

さらに、前記入口側テーパ部１４の外周にはフランジ部
１７が形成されており、該フランジ部１７は、前記配管
１弓°の端部のフランジ２・２゜間に挾持されて、前記
ベンチュリー管１３を固定させている。なお、前記フラ
ンジ部１７そのものを弾性変形可能な材料で形成し、あ
るいは、その表面に弾性変形可能な材料を貼付しておく
ことにより、配管１−１’のフランツ２・２°間に介在
して該接続部分の液封性を良好にすることができる。

なお、上記演算器９において行なわれる相関演算の手法
は下記の通りである。

すなわち、各超音波受信子６ａ・６ｂは、流体の流れ方
向に間隔をおいて配置されているから、これらが流体の
乱れを検出するタイミングには、流速に比例する時間遅
れ（τ）が生じる。

また、各受信子〇ａ・６ｂにより測定される信号は、時
間ｔを変数とする関数ｆ（ｔ）およびｇ（ｔ）で表わさ
れる波形となり、これらの関数ｒ（ｔ）、およびｇ（ｔ
）は、前記τの時間差に相当する位相差をもったほぼ同
一の波形の関数（厳密には、振幅が微少に減衰した波形
の関数）となる。

そして、ｒ（ｔ）と、ｇ（ｔ〜τ）との積を一定の区間
（０〜Ｔ）に亙って時間で積分した式 ａ　＝　Ｓ　　ｆ（ｔ）　・ｇ（ｔ−ｖ　）ｄｔ−＝・
（１）式が最大となる場合（両開放の位相差がなくなる
場合）のτを求めることにより、流体の乱れが受信子６
ａに検出されてから受信子６ｂに検出されるのに要する
時間が測定される。

そして、上流側超音波センサ４Ａと下流側超音波センサ
４Ｂとの間の距離をり、検出された時間差をτとすれば
、前記区間りにおける流速■は、Ｖ＝Ｌ／τ　　・・・
・・・（２）式 により与えられ、この流速■と配管の断面積とから流量
が得られる。

「発明の変形実施例」 （ａ）　　上記一実施例においては流路の上流側、下流
側の２箇所で測定を行うようにしたが、さらに多数箇所
に同様のセンサを設けてこれらの相関値を求めるように
しても良い。

（ｂ）　　流れの状態を検出するセンサは、上記一実施
例の超音波式のみならず、静電容量式、あるいは電磁式
のセンサを利用したものであっても良い。

（ｃ）　上記各実施例では、テーバ部の断面積を一次関
数的に縮減するようにしたが、例えば、管断面のセンサ
検出方向に対して直角方向を大きく縮減することにより
、さらに計測の安定性を高めることができる。

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明は、流れの方向に
沿う複数箇所に、流体の乱れを検出するセンサを設け、
各センサの検出信号の相互相関値から前記流体の流量を
測定する相関流量計において、前記各センサより上流側
に位置する流路の内径を下流側に向かって漸次縮減する
ようにしたちのであるから、流速がテーバ部を通過する
ことにより徐々に増大して行き、管壁からの「乱れ」の
発生が増加することにより「乱れ」の検出を容易にする
とともに、流れの自由度が小さくなるために管軸方向以
外のへの速度成分の変動に起因する誤差を減少させるこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

゛　第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図
は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第３図は従来例
の縦断面図である。 ４Ａ・４Ｂ・・・・・・超音波センサ、５ａ・５ｂ・・
・・・・超音波発信子、６ａ・６ｂ　・・・・・・超音
波受信子、ＩＯ・・・・・・配管、ＩＮ・・・・・・テ
ーバ部、１２・・・・・・直管部、１３・・・・・・ベ
ンチュリー管、１４・・・・・・入口側テーパ部、１５
・・・・・・直管部、１６・・・・・・出口側直管部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体の流路の流れ方向に相互に間隔をおいた複数箇所に
   、流れの変化に対応する検出信号を出力するセンサを設
   け、各センサの検出信号の相互相関値から前記流体の流
   量を測定する相関流量計において、前記各センサより上
   流側に位置する流路の内径を下流側に向かって漸次縮減
   してなることを特徴とする相関流量計。