JPS6411885B2 - - Google Patents

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JPS6411885B2
JPS6411885B2 JP52129188A JP12918877A JPS6411885B2 JP S6411885 B2 JPS6411885 B2 JP S6411885B2 JP 52129188 A JP52129188 A JP 52129188A JP 12918877 A JP12918877 A JP 12918877A JP S6411885 B2 JPS6411885 B2 JP S6411885B2
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JP
Japan
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measuring tube
receiver
measuring
wall coating
ultrasonic
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JP52129188A
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Roruku Zeeren
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Danfoss AS
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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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/024—Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
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  • Pathology (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は媒体の流速を測定するための超音波作
動式装置に関し、該装置は測定管の軸に沿つて走
る伝搬路を規定する超音波−送信機及び−受信機
を具備する。
かかる種類の公知の装置では測定管は二つの曲
管の間にわたされており、その際送信機及び受信
機はそれぞれ曲管の外壁中に配置される。しかし
ながら送信機及び受信機が軸方向にずらされ、測
定管壁の相互に向い合う側に配置される装置も多
い。更に測定管がプラスチツクから構成されかつ
送信機及び受信機が、超音波が測定管壁で何度も
反射されるジグザグ形の伝搬路が得られる様にし
て測定管に設けられている装置が公知である。
作動中送信機はインパルスにより励起されるの
で送信機は短時間で超音波信号を発する。この超
音波信号の受信機に達するまでの伝搬時間を測定
する。流動媒体において流動方向での伝搬時間並
びに流動方向とは逆方向での伝搬時間が測定され
れば、例えば媒体の流速又はその密度を算定する
ことができる。この場合超音波信号の伝搬時間の
精確な測定が重要である。これは波面が受信機に
達する時点を精確に確定し得ることを前提とす
る。
測定管の大きさ、従つて円形横断面の場合には
直径が小さくなるに従がい、伝搬時間測定が不精
確になることが証明された。しかし例えば比較的
大きな流速を持つ比較的少量の媒体を導通すべき
場合には小断面を有する測定管が強く望まれる。
従つて本発明の目的は極めて小さな管断面積を
有しており、それにもかかわらず精確な伝搬時間
測定が可能である、冒頭に記載した機種の装置で
ある。
該目的は本発明により測定管１が金属からな
り、かつ金属よりも小さな音響インピーダンスを
有するプラスチツクからなる内壁コーテイング２
を有し、かつこの内壁コーテイング２が超音波信
号の波長の約15倍よりも小さな内径diを有するこ
とにより達せられる。
この構造は小さな断面積を有する測定管では精
確な伝搬時間測定が基本波により形成される波面
が到着する前に先行波によつて少なからぬエネル
ギーが受信機に当てられることで精確な伝搬時間
測定が失敗するという驚くべき認識に基づく。こ
の先行波は送信機の結晶さら発せられる第一及び
第二種の波であり、波動方程式によれば平面基本
波よりも大きな速度で媒体中を伝わることが認め
られた。この第一種及び第二種の波が基本波の伝
搬方向と角度を形成する伝搬方向を持つという事
実を本発明は利用する。即ち基本波が測定管軸方
向に放射される場合、基本波は減衰せずに受信機
に達するが、第一種及び第二種の波は管壁に当
り、そこで反射される、しかしその際内壁の小さ
な音響インピーダンスのため減衰する。従つて先
行波は非常に弱いので、受信機はこれにより励起
されないことが保証される。
大抵の液体では音速は1500〜1800m／ｓであ
る。水に関しては1500m／ｓである。超可聴周波
数はできるかぎり高く選択すべきである、それに
より良好な分解能が得られる。しかしながら高す
ぎる周波数は大きな伝送損をもたらす。超可聴周
波数の良好な値は1MHzである。この周波数では
水を測定する測定管の内径は20〜25mmである。測
定により直径25mm以上の金属製測定管では先行波
に関して何ら問題はないが、直径が20mmを下回る
と問題が生じることが認められた。他の液体及び
他の超可聴周波数に関しても同じことが該当す
る。
伝搬路の長さはここで考察している装置におい
ては一定の最小値を下回つてはならない、それと
いうのも変成器間の距離が小さすぎる場合時間差
が音波測定には小さすぎ、精確な測定結果が得ら
れないからである。この下限値は純粋な経験値で
あり、装置及び測定技術的側面に依存する。通常
少なくとも超音波信号の波長の40〜50倍である。
しかしながら超音波送信機の結晶が測定管断面積
よりも小さな断面積を有し、この管断面を平均値
を得るために音波で完全に充満されなければなら
ない場合には、例えば波長の150〜200倍の長い伝
搬路を屡々使用する。しかし波長の300〜500倍の
伝搬路も用いられなくもない。いずれの場合にも
本発明により目的とされる、第一種及び第二種の
波の減衰を伴なう反射が得られる。屡々反射は相
応する強い減衰を惹起する。
特に測定管内壁はプラスチツク、有利にポリア
ミドから成つていて良い。プラスチツクは本来的
に金属よりも著しく小さな音響インピーダンスを
有するか又は難なくかかるインピーダンスを持つ
ように仕上げることができる。
単に内壁コーテイングがプラスチツクから成つ
ているだけでも十分である。従つて測定管自体は
金属から造られていて良い。これは屡々測定管の
強度又は温度安定法が高く要求される場合に推奨
される。
所望の結果を得るためには壁コーテイングの厚
さが小さくても十分であると証明された。厚さは
0.5〜1.5mm、有利には約１mmである必要がある。
次に本発明を添付図面に示した実施例につき詳
説する。図は本発明による装置を略図で、部分的
には断面図で表わしたものである。
測定管１はポリアミドから成る内壁コーテイン
グ２を具備する。測定管はその一端部に頭部３を
有し、該頭部は供給管４、及び測定管１の軸の延
長部に超音波変成器５を収容する。他の端部には
頭部６が設けられ、該頭部は排出管７、及び測定
管１の軸の延長部に第二超音波変成器８を収容す
る。
二つの変成器５及び８は制御−及び測定回路９
と接続する。該回路は最初の工程で励起インパル
スを変成器５に送り、次いで変成器が送信機とし
て超音波信号を発生する。受信機としての変成器
８により受信された超音波信号は回路９に伝えら
れるので回路は超音波信号の伝搬時間を確定する
ことができる。媒体は矢印Ｐの方向で供給される
のでこの伝搬時間測定は流動方向で実施する。第
二の工程で制御−及び測定回路９は励起インパル
スを変成器８に送る、変成器８は次の超音波信号
の送信機として働く。今度は受信機として作動す
る変成器５によつて受信される超音波信号は回路
９に伝えられ、この場合には流動方向に対して逆
方向の伝搬時間が測定される。これらの測定結果
から回路９に接続される演算回路１０は流速、及
び管断面積が予め与えられているので流量も確定
しかつ指示することができる。測定値から媒体中
の音速も、従つて媒体の密度を測定することがで
きる。
前記の実施例においては媒体は音速が約
1500m／ｓである水である。超音波変成器は基本
周波数1MHzで操作される。超音波振動の波長は
1.5mmである。測定管は外径Da20mm、壁の厚さ１
mmを有し、従つて中間直径Dz18mmが得られる。
プラスチツクコーテイング２は同様に膜厚さ１
mmを持つので、内径Di16mmが得られる。これは
波長の約11倍に相応する。伝搬路の長さＬは約50
cmであり、これは波長の333−倍に相当する。こ
の構造では本来の波面に先行する波が無視し得る
程小さい。それとは異なりスチール製の同一の内
径の測定管を使用する場合には極めて著して先行
波が得られる。
同様の良好な結果はプラスチツクコーテイング
0.5及び2.0mmを用いても達成された。同じことは
小さな内径、例えば10又は14mm、並びに大きな内
径、例えば20mm及び他の異なる長さＬ、例えば20
cm又は75cmに関しても該当する。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明による装置の実施形を略図
で、部分的には断面図で示したものである。 １……測定管、２……内壁コーテイング、５…
…超音波変成器、８……超音波変成器、９……制
御−及び測定回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 測定管の軸に沿つて走る伝搬路を決定する超
    音波送信機及び−受信機を具備し、超音波で作動
    する、媒体の流速を測定する装置において、測定
    管１が金属からなり、かつ金属よりも小さな音響
    インピーダンスを有するプラスチツクからなる内
    壁コーテイング２を有し、かつこの内壁コーテイ
    ング２が超音波信号の波長の約15倍よりも小さな
    内径diを有することを特徴とする装置。 ２ 内壁コーテイング２の厚さが0.5〜1.5mmであ
    る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ プラスチツクがポリアミドである特許請求の
    範囲第１項又は第２項記載の装置。
JP12918877A 1976-10-27 1977-10-27 Ultrasonic apparatus for measuring physical values of medium Granted JPS5355154A (en)

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DE2648718A DE2648718C2 (de) 1976-10-27 1976-10-27 Mit Ultraschall arbeitendes Gerät zum Ermitteln physikalischer Größen eines Mediums

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JPS5355154A JPS5355154A (en) 1978-05-19
JPS6411885B2 true JPS6411885B2 (ja) 1989-02-27

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CH (1) CH620301A5 (ja)
DE (1) DE2648718C2 (ja)
DK (1) DK153810C (ja)
FR (1) FR2369566A1 (ja)
GB (1) GB1584293A (ja)
IT (1) IT1091021B (ja)
NL (1) NL7711062A (ja)
NO (1) NO144686C (ja)
SE (1) SE438915B (ja)

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