JP4547142B2 - Ultrasonic vortex flowmeter - Google Patents
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Description
本発明は、被測流体中に超音波を送信して渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出して被測流体の流量を測定する超音波式渦流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeters that measure the flow rate detection to be measured fluid Karman vortex generated downstream of the vortex generator to transmit the ultrasonic waves to be measured in the fluid.
以下、超音波式渦流量計の従来技術について説明する。 The following describes the prior art of ultrasonic type vortex flowmeter.
一般に、従来の超音波式渦流量計では、被測流体が流れる流路内に流れ方向と直交する方向に延在形成された渦発生体を設け、渦発生体の下流には1組または2組の超音波センサを設けて渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出するように構成されている。1組の超音波センサは、互いに対向するように流路内に設けられており、一方が超音波を送信する送信側であり、他方が被測流体中を伝搬した超音波を受信する受信側となる。 In general, the conventional ultrasonic vortex flowmeter, the vortex generation body formed to extend in a direction perpendicular to the flow direction in the flow path which the measurement fluid flows provided, one pair or 2 downstream of the vortex shedder A set of ultrasonic sensors is provided to detect Karman vortices generated downstream of the vortex generator. One set of ultrasonic sensors is provided in the flow path so as to face each other, one is a transmitting side that transmits ultrasonic waves, and the other is a receiving side that receives ultrasonic waves propagated in the fluid to be measured It becomes.
この種の超音波式渦流量計では、流路中に流速に比例して交番的に発生するカルマン渦の中を伝搬して受信された超音波の受信信号と、送信側に供給される超音波の送信信号とを位相比較することで超音波がカルマン渦から受けるドップラー効果を正弦波的な位相変調量として検出している。 In this type of ultrasonic vortex flowmeter, an ultrasonic reception signal propagated through a Karman vortex generated alternately in proportion to the flow velocity in the flow path, and an ultrasonic signal supplied to the transmission side. By comparing the phase with the transmission signal of the sound wave, the Doppler effect that the ultrasonic wave receives from the Karman vortex is detected as a sinusoidal phase modulation amount.
また、2組の超音波センサを用いた超音波式渦流量計では、カルマン渦の流れに対して相対的な相反する方向から流体を伝搬した2つの超音波信号同士を位相比較することにより、被測流体の音速変化の影響をキャンセルしてカルマン渦から受ける位相変化のみを抽出するように構成されている。 In addition, in an ultrasonic vortex flowmeter using two sets of ultrasonic sensors, by comparing the phases of two ultrasonic signals that propagate the fluid from the opposite directions relative to the Karman vortex flow, Only the phase change received from the Karman vortex is extracted by canceling the influence of the sound velocity change of the fluid to be measured.
上記のように構成された従来の超音波式渦流量計では、理論的には超音波がカルマン渦から受けるドップラー効果を位相変化として抽出する構成であるため、被測流体の種類によらずカルマン渦を検出することができる。 The conventional ultrasonic vortex flowmeter configured as described above is theoretically configured to extract the Doppler effect received by the ultrasonic wave from the Karman vortex as a phase change, so that it is independent of the type of fluid being measured. Vortices can be detected.
ところが、上記のように被測流体が流れる管路に超音波センサを設ける超音波式渦流量計においては、送信側超音波センサから送信された超音波が流量計本体(管路)や渦発生体にも漏洩超音波として伝達されてしまい、受信側超音波センサには被測流体を伝搬した超音波と、管路を伝搬した信号とが合成された合成信号を受信することになる。 However, in the ultrasonic vortex flowmeter in which the ultrasonic sensor is provided in the pipe through which the fluid to be measured flows as described above, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor on the transmission side generates the flowmeter main body (pipeline) and vortex generation. The signal is also transmitted to the body as leaked ultrasonic waves, and the reception-side ultrasonic sensor receives a combined signal in which the ultrasonic wave propagated through the fluid to be measured and the signal propagated through the pipeline are combined.
そのため、上記合成信号を受信して流量パルスを生成する過程で管路を伝搬した漏洩超音波がノイズとなって検出されることになり、結果としてセンサS/Nが悪化し、パルス欠落等による計測精度の低下を引き起こしたり、低流量検出感度が悪化したりする。 Therefore, leaked ultrasonic waves propagated through the pipeline in the process of generating the flow rate pulse by receiving the above synthesized signal will be detected as noise, resulting in deterioration of the sensor S / N, due to missing pulses, etc. It may cause a decrease in measurement accuracy, or the low flow detection sensitivity may deteriorate.
このような問題を解消する手段としては、例えば、圧電素子が収納されるセンサホルダを渦発生体の両端に形成された筒状部分に挿入すると共に、センサホルダのフランジと筒状部分のフランジとの間に弾性部材(Oリング)を介在させて圧電素子による振動が渦発生体に伝搬しないように構成したものがある(例えば、特許文献1参照)。
上述のように、超音波センサの取付構造は、発振器からの信号により所定の周期で振動板を加振する圧電素子と、圧電素子を収納するセンサホルダとを有しており、センサホルダとセンサホルダを保持する流量計本体との間で超音波伝搬経路の絶縁を確保する為に、センサホルダと流量計本体との間にゴム材からなる弾性体(Oリング等)を介在させてセンサホルダをフローティング構造で保持する構成となっている。 As described above, the ultrasonic sensor mounting structure includes a piezoelectric element that vibrates the diaphragm at a predetermined cycle by a signal from the oscillator, and a sensor holder that houses the piezoelectric element. In order to ensure insulation of the ultrasonic propagation path between the flowmeter body holding the holder, an elastic body (O-ring, etc.) made of a rubber material is interposed between the sensor holder and the flowmeter body. Is held in a floating structure.
この弾性体を介在させたフローティング構造では、弾性体であるOリングに伝搬した超音波は、弾力を有するOリング内部で減衰されるため、流量計本体へ漏洩する超音波の音圧は低い。 In the floating structure in which the elastic body is interposed, since the ultrasonic wave propagated to the elastic O-ring is attenuated inside the elastic O-ring, the sound pressure of the ultrasonic wave leaking to the flowmeter body is low.
しかし、上記公報の構成のものは、ゴム材からなる弾性体が低温時に硬くなる性質を有するため、超音波センサから本体へ音波の漏洩が大きくなり、センサS/Nを十分確保できなくなるおそれがある。 However, the structure of the above publication has a property that an elastic body made of a rubber material is hardened at a low temperature, so that leakage of sound waves from the ultrasonic sensor to the main body increases, and there is a possibility that sufficient sensor S / N cannot be secured. is there.
また、超音波センサの振動板が被測流体の圧力の受圧面となっているため、センサホルダはこの圧力に耐えられるように流量計本体に強固に締結する必要があり、この場合には、センサホルダと流量計本体との間との間に介在する弾性体の弾性度が低下し、この結果、超音波センサから本体へ音波の漏洩が大きくなり、S/N比を十分確保できなくなるおそれがある。 In addition, since the diaphragm of the ultrasonic sensor is a pressure receiving surface for the pressure of the fluid to be measured, the sensor holder must be firmly fastened to the flowmeter body so that it can withstand this pressure. The elasticity of the elastic body interposed between the sensor holder and the flow meter body decreases, and as a result, leakage of sound waves from the ultrasonic sensor to the main body may increase, making it impossible to secure a sufficient S / N ratio. There is.
また、流量計の口径(流路内径)が大きくなると、超音波送信器と超音波受信器との間の離間距離が大きくなり、その分超音波の伝搬距離が長くなって送受信効率の低下によりS/N比を十分確保することが難しく、超音波センサを渦発生体の通路に設けられた取付部に当接させ、且つセンサホルダの管路の肉厚の軸方向と直交する方向の断面面積を筒部の肉厚の軸方向と直交する方向の断面面積よりも小に設定することで、圧電素子からの振動を管路で減衰することが考えられている。
しかしながら、上記センサホルダの管路による減衰構造を用いた場合、超音波センサの位置を保持部材に対して調整することが難しく、通路に設けられた取付部に対する超音波センサの位置合わせが難しいという問題が生ずる。
そこで、本発明は、上記課題を解決した超音波式渦流量計を提供することを目的とする。
In addition, when the diameter of the flow meter (flow path inner diameter) is increased, the separation distance between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver is increased, and the propagation distance of the ultrasonic wave is increased correspondingly, resulting in a decrease in transmission / reception efficiency. It is difficult to ensure a sufficient S / N ratio, the ultrasonic sensor is brought into contact with a mounting portion provided in the passage of the vortex generator , and a cross section in a direction perpendicular to the axial direction of the thickness of the pipe path of the sensor holder It is considered that the vibration from the piezoelectric element is attenuated by the pipe line by setting the area to be smaller than the cross-sectional area in the direction orthogonal to the axial direction of the wall thickness of the cylindrical portion.
However, when the attenuation structure by the pipe line of the sensor holder is used, it is difficult to adjust the position of the ultrasonic sensor with respect to the holding member, and it is difficult to align the ultrasonic sensor with the mounting portion provided in the passage. Problems arise.
The present invention has an object to provide an ultrasonic type vortex flowmeter which solves the above problems.
請求項1記載の発明は、被測流体が流れる流路が形成された流量計本体と、
前記流路内に前記被測流体の流れ方向と直交するように設けられた渦発生体と、
超音波を送信する超音波送信器と、
該超音波送信器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、
該超音波送信器と該超音波受信器とを前記流量計本体に固定して保持するための保持部材と、
を備え、前記超音波受信器で受信された受信信号に基づき、前記渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出することにより前記流路を流れる被測流体の流量を測定する超音波式渦流量計において、
前記超音波送信器及び超音波受信器のうち少なくとも何れか一方は、
電圧の印加により振動する圧電素子と、
該圧電素子を内部に収納するセンサホルダと、
を有する超音波センサからなり、
前記センサホルダは、
前記圧電素子が当接する振動板と、前記振動板に連続形成され、前記圧電素子の外周を覆う筒部と、該筒部の開口を閉塞する閉塞部材とから前記圧電素子を収納するための収納空間が形成された圧電素子収納部と、
内部に前記圧電素子に電圧を印加するための電線を挿通するため軸方向に貫通する空間部を有し、一端が前記圧電素子収納部の閉塞部材に結合された管路と、
からなり、
前記超音波センサは、前記保持部材に対して相対変位可能に設けられると共に、前記超音波センサを前記保持部材に対して離間方向に付勢する付勢部材を設け、
前記渦発生体は、前記流量計本体の流路に連通された通路を有し、該通路の途中位置に前記超音波送信器が当接する第1の取付部と、前記超音波受信器が当接する第2の取付部を設けたことを特徴とする。
The invention according to
A vortex generator provided in the flow path so as to be orthogonal to the flow direction of the measured fluid;
An ultrasonic transmitter for transmitting ultrasonic waves;
An ultrasonic receiver for receiving the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter;
A holding member for fixing and holding the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver to the flowmeter body;
Wherein the basis of the reception signal received by the ultrasonic receiver, ultrasonic vortex to detect the flow rate of a measurement fluid flowing through the flow channel by detecting the Karman vortex generated downstream of the vortex shedder In the flow meter ,
At least one of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver is:
A piezoelectric element that vibrates when a voltage is applied;
A sensor holder that houses the piezoelectric element;
An ultrasonic sensor having
The sensor holder is
Storage for storing the piezoelectric element from a diaphragm that contacts the piezoelectric element, a cylindrical portion that is continuously formed on the diaphragm and covers the outer periphery of the piezoelectric element, and a closing member that closes the opening of the cylindrical portion A piezoelectric element housing portion in which a space is formed;
Has a space portion extending in the axial direction for inserting the wire for applying a voltage to the piezoelectric element therein, a conduit one end of which is coupled to the closing member of the piezoelectric element housing portion,
Consists of
The ultrasonic sensor is provided so as to be relatively displaceable with respect to the holding member, and is provided with a biasing member that biases the ultrasonic sensor in a separating direction with respect to the holding member,
The vortex generator has a passage communicating with the flow path of the flowmeter main body, and the ultrasonic wave receiver is in contact with the first mounting portion where the ultrasonic transmitter abuts in the middle of the passage. A second attachment portion that comes into contact is provided .
請求項2記載の発明は、前記第1の取付部の前記超音波送信器の当接部、及び前記第2の取付部の前記超音波受信器の当接部に、流体が通過可能な通路を有する環状部材を設けたことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a passage through which fluid can pass through the contact portion of the ultrasonic transmitter of the first attachment portion and the contact portion of the ultrasonic receiver of the second attachment portion. An annular member having the above is provided.
請求項3記載の発明は、前記超音波送信器及び前記超音波受信器の筒部外周に流体が通過可能な通路を有する環状部材を設けたことを特徴とするものである。 The invention described in claim 3 is characterized in that an annular member having a passage through which a fluid can pass is provided on the outer circumference of the cylindrical portion of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3何れかに記載の超音波式渦流量計であって、
前記超音波送信器及び超音波受信器の前記センサホルダに収納された圧電素子からの電線を前記管路に挿通して前記保持部材に収納された基板に接続し、
前記管路を前記センサホルダに一体的に結合させたことを特徴とするものである。
Fourth aspect of the present invention, an ultrasonic vortex flowmeter according to any one of
An electric wire from a piezoelectric element housed in the sensor holder of the ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver is inserted into the conduit and connected to a substrate housed in the holding member;
The pipe line is integrally coupled to the sensor holder.
請求項5記載の発明は、前記超音波送信器及び超音波受信器が挿入される超音波伝搬経路の内周と前記センサホルダの外周との間に超音波を吸収する吸音材を設けたことを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, a sound absorbing material that absorbs ultrasonic waves is provided between an inner periphery of an ultrasonic propagation path into which the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are inserted and an outer periphery of the sensor holder. It is characterized by.
請求項6記載の発明は、前記管路の外周に超音波を吸収する吸音材を設けたことを特徴とするものである。 The invention described in claim 6 is characterized in that a sound absorbing material for absorbing ultrasonic waves is provided on the outer periphery of the pipe.
請求項7記載の発明は、前記吸音材は、前記超音波伝搬経路の内周に対して前記センサホルダの位置をガイドすることを特徴とするものである。 The invention according to claim 7 is characterized in that the sound absorbing material guides the position of the sensor holder with respect to the inner periphery of the ultrasonic wave propagation path.
請求項8記載の発明は、前記請求項1乃至7何れかに記載の超音波式渦流量計であって、
前記超音波送信器を一対設け、
前記超音波受信器を一対設け、
前記保持部材に基板を設けており、
前記基板は、
前記一対の超音波送信器が接続される一対の接続端子を有する駆動回路と、
前記一対の超音波受信器が接続される一対の接続端子を有する受信回路と有し、
前記受信回路の一対の接続端子を前記駆動回路の一対の接続端子の両側から挟むように離間した位置に設けたことを特徴とするものである。
Invention according to claim 8, an ultrasonic vortex flowmeter according to any
A pair of the ultrasonic transmitters is provided,
A pair of the ultrasonic receivers are provided,
A substrate is provided on the holding member;
The substrate is
A drive circuit having a pair of connection terminals to which the pair of ultrasonic transmitters are connected;
A receiving circuit having a pair of connection terminals to which the pair of ultrasonic receivers are connected;
The pair of connection terminals of the receiving circuit are provided at positions spaced apart from both sides of the pair of connection terminals of the drive circuit.
上記請求項1記載の発明によれば、超音波センサが保持部材に対して相対変位可能に設けられているので、超音波センサの位置が保持部材に対して調整されて通路に設けられた取付部に位置合わせされる。そのため、センサホルダの管路を保持部材と一体化する構成のもよりもセンサホルダの管路の長さや半径方向の位置を容易に加工することができる。
According to the invention described in
上記請求項2記載の発明によれば、第1の取付部の超音波送信器の当接部、及び第2の取付部の超音波受信器の当接部に、流体が通過可能な通路を有する環状部材を設けたため、当接部によって超音波送信器と超音波受信器との離間距離を一定に保ちつつ超音波送信器及び超音波受信器の半径方向の取付位置をガイドすることが可能になり、且つ環状部材の通路を介して筒部の上部と下部にかかる圧力差が小さくなり、管路の肉厚を小さくして強度を下げることが可能になる。 According to the second aspect of the present invention, the passage through which the fluid can pass is provided in the contact portion of the ultrasonic transmitter of the first attachment portion and the contact portion of the ultrasonic receiver of the second attachment portion. Since the annular member is provided, it is possible to guide the mounting position in the radial direction of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver while keeping the separation distance between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver constant by the contact portion. In addition, the pressure difference applied to the upper part and the lower part of the cylindrical part through the passage of the annular member is reduced, and the thickness of the pipe line can be reduced to reduce the strength.
上記請求項3記載の発明によれば、超音波送信器及び超音波受信器の筒部外周に流体が通過可能な通路を有する環状部材を設けたため、超音波送信器及び超音波受信器の半径方向の取付位置をガイドすると共に、環状部材の通路により筒部の上部と下部にかかる圧力差が小さくなり、管路の肉厚を小さくして強度を下げることが可能になる。 According to the third aspect of the present invention, since the annular member having the passage through which the fluid can pass is provided on the outer periphery of the cylindrical portion of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, the radii of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are provided. In addition to guiding the mounting position in the direction, the pressure difference applied to the upper part and the lower part of the cylindrical part is reduced by the passage of the annular member, and the thickness of the pipe line can be reduced to reduce the strength.
上記請求項4記載の発明によれば、請求項1乃至3何れかに記載の超音波式渦流量計であって、超音波送信器及び超音波受信器のセンサホルダに収納された圧電素子からの電線を管路に挿通して保持部材に収納された基板に接続し、管路をセンサホルダに一体的に結合させたため、各電線が絡まないように配置できると共に、超音波送信器及び超音波受信器を保持部材と一体なユニットとして組付け作業及びメンテナンスを行える。
According to the invention described in claim 4, wherein, an ultrasonic vortex flowmeter according to any one of
上記請求項5記載の発明によれば、超音波送信器及び超音波受信器が挿入される超音波伝搬経路の内周とセンサホルダの外周との間に超音波を吸収する吸音材を設けたため、流れ方向に対して斜め方向に進行する音波を吸収して超音波の漏洩を防止しうる。 According to the fifth aspect of the present invention, the sound absorbing material that absorbs ultrasonic waves is provided between the inner periphery of the ultrasonic wave propagation path into which the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are inserted and the outer periphery of the sensor holder. By absorbing sound waves traveling in an oblique direction with respect to the flow direction, leakage of ultrasonic waves can be prevented.
上記請求項6記載の発明によれば、管路の外周に超音波を吸収する吸音材を設けたため、流れ方向に対して斜め方向に進行する音波が管路で乱反射することを防止し、乱反射によるノイズを防止しうる。 According to the sixth aspect of the invention, since the sound absorbing material that absorbs the ultrasonic wave is provided on the outer periphery of the pipe, the sound wave traveling in the oblique direction with respect to the flow direction is prevented from being irregularly reflected on the pipe, Can prevent noise.
上記請求項7記載の発明によれば、吸音材が、超音波伝搬経路の内周に対してセンサホルダの位置をガイドするものであり、センサホルダが超音波伝搬経路の内周に接触しないようにして超音波の漏洩を防止しうる。 According to the seventh aspect of the present invention, the sound absorbing material guides the position of the sensor holder with respect to the inner circumference of the ultrasonic propagation path so that the sensor holder does not contact the inner circumference of the ultrasonic propagation path. Thus, leakage of ultrasonic waves can be prevented.
上記請求項8記載の発明によれば、受信回路の一対の接続端子を駆動回路の一対の接続端子の両側から挟むように離間した位置に設けたため、圧電素子からの電線が絡み合うことがなくなり、かつ受信側の電線が離間することにより電線同士及び接続端子間のクロストークを防止することができる。 According to the invention described in claim 8 , since the pair of connection terminals of the receiving circuit are provided at positions separated from both sides of the pair of connection terminals of the drive circuit, the electric wires from the piezoelectric elements are not entangled, And the crosstalk between electric wires and connection terminals can be prevented by separating the electric wires on the receiving side.
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明になる超音波式渦流量計の一実施例を示すブロック図である。また、図2は超音波式渦流量計の横断面図である。 Figure 1 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic vortex flowmeter according to the present invention. Also, FIG. 2 is a cross-sectional view of an ultrasonic vortex flowmeter.
図1及び図2に示されるように、超音波式渦流量計10は、被測流体が流れる流路12を内部に有する流量計本体14と、流量計本体14の流路12内で被測流体の流れ方向(図2中矢印で示す)と直交する垂直方向に延在する渦発生体16とを有する。この渦発生体16は、上方からみると水平方向の断面が概略五角形になっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, an ultrasonic
そして、上流側に対向する渦発生体16の正面16aに被測流体が衝突しながら下流側へ流れる過程において、カルマン渦が渦発生体16の下流側左右で交互に発生する。このカルマン渦が発生する周波数が被測流体の流速に比例しているため、被測流体中に発生するカルマン渦の数を検出することにより被測流体の流速を求めることができ、あらかじめ入力された口径から流量を算出する。
Then, in the process in which the fluid to be measured flows downstream while colliding with the
渦発生体16は、長手方向に延在する一対の通路18,20が超音波伝搬経路として貫通している。この通路18,20は、夫々渦発生体16の下流側に形成された斜辺16b,16cに開口する第1乃至第4の圧力導入路22,24,26,28と連通されている。尚、各圧力導入路22,24,26,28は、夫々渦発生体16の長手方向(高さ方向)にずらしてあり、夫々が互いに交差しないように設けられている。
The
図2に示されるように、第1の圧力導入路22は、一端が斜辺16bに開口し、他端が通路18に連通されている。また、第2の圧力導入路24は、一端が斜辺16cに開口し、他端が通路20に連通されている。また、第3の圧力導入路26は、一端が斜辺16bに開口し、他端が通路20に連通されている。また、第4の圧力導入路28は、一端が斜辺16cに開口し、他端が通路18に連通されている。
As shown in FIG. 2, the first
従って、渦発生体16の下流を流れる被測流体中にカルマン渦が発生したとき、カルマン渦の発生に伴う圧力変化により渦発生体16の左右両側で圧力差が生じ、この圧力差によって通路18,20内に被測流体の流れが生じる。すなわち、通路18,20内においては、カルマン渦の発生と同じ周期で交互に逆向きの流れが生じる。
Accordingly, when a Karman vortex is generated in the fluid to be measured flowing downstream of the
渦発生体16の上端には、一対の送信側超音波センサ(超音波送信器)30,32が取り付けられるセンサ取付部38が設けられている。そして、センサ取付部38の上部には、送信側超音波センサ30,32を保持する保持部材39が設けられている。
A
また、渦発生体16の下端には、一対の受信側超音波センサ(超音波受信器)34,36が取り付けられるセンサ取付部40が設けられている。そして、センサ取付部40の下部には、受信側超音波センサ34,36を保持する保持部材41が設けられている。各超音波センサ30,32,34,36は、センサ取付部38,40に設けられた取付孔38a,38b,40a,40bに挿入される。
A
尚、超音波センサ30,32,34,36は、図1において、左右対称となる位置に設けられている。すなわち、左側に配置された送信側超音波センサ30と受信側超音波センサ34との離間距離と、右側に配置された送信側超音波センサ32と受信側超音波センサ36との離間距離とが同一になるように配置されている。
The
各超音波センサ30,32,34,36が挿入される取付孔38a,38b,40a,40bは、通路18,20の上端開口及び下端開口に連通している。送信側超音波センサ30,32から送信された超音波は、通路18,20内の流体中を伝搬して受信側超音波センサ34,36で受信される。
The mounting
その際、通路18,20内を伝搬する超音波は、カルマン渦の発生に伴う渦発生体16の左右両側の圧力差によって通路18,20内を流れる被測流体の流速により変調される。そのため、受信側超音波センサ34,36から出力された検出信号を復調してカルマン渦の発生周波数を検出し、この周波数に基づいて流路12内を流れる被測流体の流量を計測することができる。
At that time, the ultrasonic wave propagating in the
図1に示されるように、駆動回路42は、一定周期の駆動信号を出力する発振回路44を有しており、発振回路44から出力された駆動信号を一対の送信側超音波センサ30,32に出力する。
As shown in FIG. 1, the drive circuit 42 includes an oscillation circuit 44 that outputs a drive signal having a constant period, and the drive signal output from the oscillation circuit 44 is used as a pair of transmission-side
このように、一対の送信側超音波センサ30,32は、夫々駆動信号が駆動回路42から入力されており、発振回路44からの駆動信号により振動して通路18,20内の流体中に超音波を送信する。
In this manner, the pair of transmission-side
そして、渦発生体16の内部を貫通する通路18,20内を伝搬した超音波は、受信側超音波センサ34,36に受信される。
Then, the ultrasonic waves propagating through the
そのため、受信側超音波センサ34,36で受信される超音波信号は、送信側超音波センサ30,32から受信側超音波センサ34,36に通路18,20内を伝搬してきた超音波のみが受信されるようになっている。また、受信側超音波センサ34,36は、流量を演算する演算部46に接続されている。
Therefore, the ultrasonic signals received by the reception-side
受信回路としての演算部46は、受信増幅回路48,50、波形整形回路52,54、位相比較回路56、流量演算部60を有する。そして、流量演算部60では、受信側超音波センサ34,36から出力された受信信号の位相差から得られたカルマン渦の周波数に基づいて流路12を流れる被測流体の流量を演算する。
The calculation unit 46 as a reception circuit includes
ここで、センサ取付部38、保持部材39、センサ取付部40、保持部材41の構成について説明する。
Here, the structure of the
尚、渦発生体16の上部に設けられたセンサ取付部38、保持部材39は、渦発生体16の下部に設けられたセンサ取付部40、保持部材41と同一構成であり、上下対称に配置されている。そのため、センサ取付部38、保持部材39の構成について説明し、センサ取付部40、保持部材41の説明は省略する。
The
図3はセンサ取付部38、保持部材39の取付構造を拡大して示す縦断面図である。
図3に示されるように、センサ取付部38は、通路18,20に連通するセンサ挿入孔38a,38bと、センサ挿入孔38a,38bの上部でセンサ挿入孔38a,38bに連通する空間38cとが設けられている。さらに、センサ挿入孔38a,38bの内壁には、送信側超音波センサ30,32の挿入側端部が当接するガイドリング62を係止する取付部64が設けられている。ガイドリング62は、ガイドリング取付部64の当接部64aに当接して係止される。
FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view showing the mounting structure of the
As shown in FIG. 3, the
また、センサ取付部38の上部には、シール部材(Oリング)66を装着するシール溝68が設けられている。このシール部材66は、保持部材39がセンサ取付部38の上面に当接した状態で取付ボルト69が締め付けられることで圧縮されてセンサ取付部38と保持部材39との間をシールする。
In addition, a
送信側超音波センサ30,32は、圧電素子70と、圧電素子70を保持するセンサホルダ72とからなる。圧電素子70は、センサホルダ72の円筒部72aの内部72bに収納されている。
The transmission-side
センサホルダ72は、円筒部72aの底面が振動板72cになっており、振動板72cが通路18,20に対向するように取り付けられる。従って、送信側超音波センサ30,32の圧電素子70に一定周期の駆動信号が供給されると、圧電素子70は振動板72cを加振して通路18,20に向けて超音波を送信する。
The
ガイドリング62は、例えば4フッ化エチレン樹脂などによりリング状に形成されており、内周にはセンサホルダ72の角部72dが当接する凹部62aが設けられている。このガイドリング62は、センサホルダ72がセンサ挿入孔38a,38bに接触しないようにセンサ挿入孔38a,38bの中心に位置決めすると共に、軸方向の挿入位置を位置決めするガイド部として機能する。
The
また、ガイドリング62は、センサ取付部38の通路18,20内に形成されたガイドリング取付部64の当接部64aにより下方への脱落が防止される。そして、ガイドリング62は、ガイドリング取付部64に対して径方向及び上下方向に延在する溝74が形成されている。そのため、通路18,20は、溝74を介してセンサ挿入孔38a,38b及び空間38cに連通する。
Further, the
これにより、通路18,20内の流体は、センサ挿入孔38a,38b及び空間38cにも流入しており、通路18,20内の圧力とセンサ挿入孔38a,38b及び空間38cの圧力とが同一圧力になる。
As a result, the fluid in the
一方、センサホルダ72は、円筒部72aの内部72bを閉塞する円盤状の蓋部材78が溶接またはロウ付け等により固着されている。さらに、蓋部材78は、円筒部72aを閉塞する蓋部78aと、蓋部78aの上面中央に突出する小径な管路78bとを有する。管路78bは、リード線(電線)82を挿通するための通路(空間)を有する中空形状に形成されている。
On the other hand, the
また、管路78bの上端には、同径のパイプ80が溶接またはロウ付け等により結合されており、パイプ80の上端は保持部材39の下面に突出する管路39aに溶接またはロウ付け等により結合されている。そして、管路39aは、保持部材39を上下方向に貫通する貫通孔39bに連通し、保持部材39の上面に突出する管路39cには、同径のパイプ76が溶接またはロウ付け等により結合されている。
A
上記圧電素子70に接続されたリード線82は、管路78b、パイプ80、貫通孔39b、管路39cに挿通されており、円筒部72aの内部72bから外部に引き出されて発振回路44に接続される。このように、センサホルダ72は、円筒部72aよりも小径な管路78bにより支持されているので、通路18,20の圧力とセンサ挿入孔38a,38b及び空間38cの圧力との押圧力の差、すなわち、圧力振動板72cの受圧面積Saから蓋部78aの受圧面積Sb(管路78bの断面面積を除く面積)を差し引いた面積(Sa−Sb)に作用する圧力により上方に押圧されることになる。
The
そのため、管路78bに作用するセンサホルダ72をガイドリング62から離間させる方向への押圧力が減少することになり、その分、管路78bの強度を低下させることができる。このため、管路78bの肉厚の軸方向と直交する方向の断面面積を円筒部72aの肉厚の軸方向と直交する方向の断面面積よりも小さくすることができ、この断面面積を小さくした分、管路78bにおいて円筒部72aより漏洩してくる超音波を減衰させることができる。よって、センサホルダ72からセンサ取付部38への音波漏洩が減少し、S/N比を十分確保することが可能になる。
Therefore, the pressing force in the direction in which the
そのため、渦発生体16にもセンサホルダ72からの振動(漏洩超音波)が伝搬しにくい構成になっている。よって、センサホルダ72からの振動(漏洩超音波)の殆どが減衰されてセンサ取付部38に伝搬せず、渦発生体16及び流量計本体14を介して受信側超音波センサ34,36に伝搬することが防止される。
Therefore, the vibration (leakage ultrasonic wave) from the
このように、超音波式渦流量計10では、センサ取付部38を介して渦発生体16及び流量計本体14に漏洩超音波が伝搬しないため、受信信号に重畳されるノイズを減少させて流量計測精度を向上させることが可能になる。このため、低温領域での流量計測精度を確保することができ、比較的気温の低い寒冷地、あるいは冷蔵施設などの低温環境下でも被測流体の流量を正確に計測することが可能になる。
As described above, in the
また、超音波式渦流量計10においては、低流量時、カルマン渦による変調が小さいので、漏洩超音波によるS/N比が影響を受け易いが、パルスの欠落等の発生や、低流量検出感度の悪化、あるいは、流量信号が不安定になり精度低下や計測不能となることを防止しうる。
Further, in the
ここで、変形例1について説明する。
図4は変形例1の要部を拡大して示す縦断面図である。尚、図4において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
Here,
FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view showing a main part of the first modification. In FIG. 4, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図4に示されるように、変形例1の超音波式渦流量計90では、センサホルダ72の中空部78bの上端に同径の管路92が溶接またはロウ付け等により結合されている。この管路92は、保持部材39を貫通する取付孔39dに軸方向(上下方向)に移動可能に挿通されており、取付孔39dの内壁に装着されたシール部材(Oリング)94によりシールされている。
As shown in FIG. 4, in the
上記圧電素子70に接続されたリード線82は、円筒部72aの内部72bから中空部78b、管路92を挿通されて外部に引き出される。
The
また、センサホルダ72に固着された蓋部材78の蓋部78a上面と保持部材39の下面との間には、コイルバネからなる付勢部材96が介装されている。この付勢部材96は、振動板72cの受圧面積Saから蓋部78aの受圧面積Sb(中空部78bを除く面積)を差し引いた面積(Sa−Sb)に作用する圧力より僅かに強いバネ力を発生するようにバネ定数(バネ材質、内径、線径、ピッチ、巻き数等の条件による値)が設定されている。
Further, a biasing
また、センサホルダ72の振動板72cの角部72dに当接するガイドリング62には、通路18,20内のガイドリング取付部64に対して径方向及び上下方向に延在する溝74が設けられている。
The
また、センサホルダ72と一体に形成された管路92が取付孔39dに軸方向(上下方向)に移動可能に挿通されているので、センサホルダ72をセンサ取付部38に取り付ける際にセンサホルダ72の先端位置をガイドリング62に当接する位置に保持することができる。そのため、センサホルダ72が位置決めされており、計測精度が維持される。このように、保持部材39に対する管路92の長さや半径方向の位置合わせが容易に行われ、さらに保持部材39に管路92を一体的に結合させるものよりも加工精度を高める必要がなく、加工が容易に行える。
Further, since the
ここで、変形例2について説明する。
図5は変形例2の構成を説明するための縦断面図である。尚、図5において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
Here, Modification 2 will be described.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view for explaining the configuration of the second modification. In FIG. 5, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図5に示されるように、変形例2の超音波式渦流量計100では、渦発生体16の通路18,20内の縦軸方向(長手方向)の中間位置に送信側超音波センサ30,32が当接する第1の取付部102,104と、受信側超音波センサ34,36が当接する第2の取付部106,108とが設けられている。尚、第1の取付部102,104及び第2の取付部106,108は、前述したガイドリング取付部64と同様にガイドリング62が当接する当接部64aを有するが、ここではその説明を省略する。
As shown in FIG. 5, in the
そのため、流量計本体14の流路12の内径(口径)が大きい場合、第1の取付部102,104と第2の取付部106,108との離間距離が大きくならず、送信側超音波センサ30,32から送信された超音波が受信側超音波センサ34,36に到達するまでに減衰することが防止され、流路12の内径(口径)に拘らず受信感度を確保することが可能になる。
Therefore, when the inner diameter (portion) of the
よって、超音波式渦流量計100においては、流路12の内径(口径)に拘らず送信側超音波センサ30,32と受信側超音波センサ34,36との離間距離が一定になるように第1の取付部102,104及び第2の取付部106,108の位置を設定することにより、カルマン渦による変調が小さい低流量時でもS/N比が安定しており、精度低下や計測不能となることを防止しうる。
Therefore, in the
通路18,20には、渦発生体16の両側に開口する圧力導入路22、24、26、28が連通されている。そのため、カルマン渦の発生により渦発生体16の両側で圧力差が生じて通路18,20に流体の流れが生じる。
また、第1の取付部102,104と第2の取付部106,108との離間距離を任意の距離に設定することにより、通路18,20内を伝搬する超音波は、カルマン渦の発生に伴う渦発生体16の左右両側の圧力差によって通路18,20内を流れる被測流体の流速により変調される。そのため、計測される流量範囲に応じて第1の取付部102,104と第2の取付部106,108との離間距離を変更することにより、より計測精度を高められる。
In addition, by setting the separation distance between the
ここで、変形例3について説明する。
図6は変形例3の構成を説明するための縦断面図である。尚、図6において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
Here, Modification 3 will be described.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view for explaining the configuration of the third modification. In FIG. 6, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6に示されるように、変形例4の超音波式渦流量計110では、渦発生体16の端部がセンサ取付部38の端面と同じ位置まで延在されており、センサ取付部38には通路18,20に連通する空間112,114が貫通している。
As shown in FIG. 6, in the ultrasonic
空間112,114の内壁には、ガイドリング取付部64が設けられている。さらに、空間112,114の上端には、保持部材39に対向するようにシール部材(Oリング)120を装着するシール溝122,124が設けられている。このシール部材120は、保持部材39がセンサ取付部38の上面に当接した状態で取付ボルト69が締め付けられることで圧縮されてセンサ取付部38と保持部材39との間をシールすると共に、空間112と114との間もシールする。
A guide
ガイドリング取付部64の当接部64aには、センサホルダ72が当接するガイドリング126が嵌合されている。ガイドリング126は、上面にセンサホルダ72の振動板72cの周縁部が当接する凹部128を有し、外周に空間112,114と通路18,20との間を連通する複数の切欠(通路)130を有する。
A
図7はガイドリング126を示す図であり、(A)は平面図、(B)は縦断面図である。
図7(A)(B)に示されるように、ガイドリング126は、上方から見ると外周に三角形状の切欠130(1301〜130n−1)と半径方向に突出する突部132(1321〜132n)とが交互に設けられた星型形状に形成されている。これにより、空間112,114は、夫々独立して設けられているが、複数の切欠130を介して渦発生体16の通路18,20の圧力が導入される。
7A and 7B are views showing the
As shown in FIGS. 7A and 7B, when viewed from above, the
また、ガイドリング126は、突部132の先端が空間112,114の内壁112a,114aに嵌合することによりセンサホルダ72の半径方向の挿入位置を空間112,114の中心にガイドする。
Further, the
複数の切欠130は、十分な開口面積を有するため、流体中に含まれる油ミストや水分が通過できる。そのため、ガイドリング126の表面に流体中に含まれる油ミストや水分が堆積しないようになっている。また、センサホルダ72の振動板72cと閉塞部材78aにかかる圧力を同一とすることができるため、管路78b及びパイプ80にかかる加重を減らすことができ、その分パイプ80の断面面積を小さくすることができる。
Since the plurality of
このように、センサホルダ72は、円筒部72aよりも小径な管路78bにより支持されているので、通路18,20の圧力とセンサ挿入孔38a,38b及び空間38cの圧力との押圧力の差、すなわち、圧力振動板72cの受圧面積Saから蓋部78aの受圧面積Sb(管路78bの断面面積を除く面積)を差し引いた面積(Sa−Sb)に作用する圧力により上方に押圧されることになる。
Thus, since the
そのため、管路78bに作用するセンサホルダ72をガイドリング62から離間させる方向への押圧力が減少することになり、その分、管路78bの強度を低下させることができる。このため、管路78bの肉厚の軸方向と直交する方向の断面面積を円筒部72aの肉厚の軸方向と直交する方向の断面面積よりも小さくすることができ、この断面面積を小さくした分、管路78bにおいて円筒部72aより漏洩してくる超音波を減衰させることができる。よって、センサホルダ72からセンサ取付部38への音波漏洩が減少し、S/N比を十分確保することが可能になる。
Therefore, the pressing force in the direction in which the
そのため、渦発生体16にもセンサホルダ72からの振動(漏洩超音波)が伝搬しにくい構成になっている。よって、センサホルダ72からの振動(漏洩超音波)の殆どが減衰されてセンサ取付部38に伝搬せず、渦発生体16及び流量計本体14を介して受信側超音波センサ34,36に伝搬することが防止される。
Therefore, the vibration (leakage ultrasonic wave) from the
また、ガイドリング126は、複数の突部132がガイドリング取付部64の当接部64aに当接して係止されるため、ガイドリング取付部64との接触面積が小さくて済む。そのため、センサホルダ72の振動板72cからの振動がガイドリング取付部64へ伝播されにくく、センサホルダ72からセンサ取付部38への音波漏洩が減少し、S/N比を十分確保することが可能になる。
Further, the
図8はガイドリングの変形例を示す図であり、(A)は平面図、(B)は縦断面図である。
図8(A)(B)に示されるように、ガイドリング134は、上面にセンサホルダ72の振動板72cの周縁部が当接する凹部136を有し、且つ中心線上に空間112,114と渦発生体16の通路18,20との間を連通する複数の貫通孔(通路)138(1381〜138n)を有する。
FIG. 8 is a view showing a modified example of the guide ring, where (A) is a plan view and (B) is a longitudinal sectional view.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the
また、ガイドリング134は、外周が空間112,114の内壁112a,114aに嵌合することによりセンサホルダ72の半径方向の挿入位置を空間112,114の中心にガイドする。
Further, the
複数の貫通孔138は、十分な開口面積を有するため、流体中に含まれる油ミストや水分が通過できる。そのため、ガイドリング134の表面に流体中に含まれる油ミストや水分が堆積しないようになっている。
Since the plurality of through
そして、ガイドリング134は、複数の貫通孔138を除く周縁部分がガイドリング取付部64の当接部64aに当接して係止されるため、ガイドリング取付部64の当接部64aとの接触面積が小さくて済む。そのため、センサホルダ72の振動板72cからの振動がガイドリング取付部64へ伝播されにくく、センサホルダ72からセンサ取付部38への音波漏洩が減少し、S/N比を十分確保することが可能になる。
And since the peripheral part except the some through-
図9はガイドリングの別の変形例を示す縦断面図である。
図9に示されるように、ガイドリング(環状部材)140は、センサホルダ72の円筒部72aの外周に形成された溝142に嵌合されるように取り付けられる。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing another modification of the guide ring.
As shown in FIG. 9, the guide ring (annular member) 140 is attached so as to be fitted into a
ガイドリング140の外周には、上記ガイドリング126と同様に三角形状の切欠(通路)130(1301〜130n−1)と半径方向に突出する突部132(1321〜132n)とが交互に設けられた星型形状に形成されている。ガイドリング140は、突部132の先端が空間112,114の内壁112a,114aに嵌合することによりセンサホルダ72の半径方向の挿入位置を空間112,114の中心にガイドする。
Similar to the
従って、センサホルダ72は、溝142に嵌合されたガイドリング126によって半径方向の挿入位置が位置決めされ、且つ管路78bに結合されたパイプ80の長さにより軸方向の挿入位置が位置決めされる。よって、渦発生体16の通路18,20内のガイドリング取付部64を設ける必要がなく、センサ取付部38の加工工数が減少して加工が容易になる。
Therefore, the
センサホルダ72の円筒部72aの外周に流体が通過可能な通路を有するガイドリング140を設けたため、センサホルダ72の半径方向の取付位置をガイドすると共に、ガイドリング140の通路により筒部の上部と下部にかかる圧力差が小さくなり、管路の肉厚を小さくして強度を下げることが可能になる。
Since the
ここで、変形例4について説明する。
図10は変形例4の構成を説明するための縦断面図である。尚、図10において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
Here, Modification 4 will be described.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining the configuration of the fourth modification. In FIG. 10, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図10に示されるように、変形例3の超音波式渦流量計148では、通路18と20との間を仕切る隔壁16aの上端16bが上側の保持部材39に当接する位置まで延在しており、隔壁16aの下端16cが下側の保持部材39に当接する位置まで延在している。そのため、送信側超音波センサ30,32の上方は、空間112と114とに仕切られ、受信側超音波センサ34,36の下方も同様に、空間112と114とに仕切られる。
As shown in FIG. 10, in the
送信側超音波センサ30の上方には、圧力導入路22が連通し、送信側超音波センサ32の上方には、圧力導入路24が連通している。また、受信側超音波センサ34の下方には圧力導入路28が連通し、受信側超音波センサ36の下方には圧力導入路26が連通している。そして、第1の取付部102,104及び第2の取付部106,108には、通路18,20と空間112,114に連通する通路を有するガイドリング(図示せず)が設けられている。
A
よって、超音波式渦流量計109においては、流路12の内径(口径)に拘らず送信側超音波センサ30,32と受信側超音波センサ34,36との離間距離を任意の距離になるように第1の取付部102,104及び第2の取付部106,108の位置を設定することにより、カルマン渦による変調が小さい低流量時でも、あるいはカルマン渦による変調が大きい高流量時でもS/N比が安定しており、精度低下や計測不能となることを防止しうる。
Therefore, in the ultrasonic vortex flowmeter 109, the distance between the transmission-side
通路18,20には、渦発生体16の両側に開口する圧力導入路22、24、26、28が連通されているため、カルマン渦の発生により渦発生体16の両側で圧力差が生じると、通路18,20に流体の流れが生じる。これにより、通路18,20内を伝搬する超音波は、カルマン渦の発生に伴う渦発生体16の左右両側の圧力差によって通路18,20内を流れる被測流体の流速により変調される。そのため、計測される流量範囲に応じて第1の取付部102,104と第2の取付部106,108との離間距離を変更することにより、より計測精度を高められる。
Since the
ここで、変形例5について説明する。
図11は変形例5の構成を説明するための縦断面図である。図12は保持部材152と、送信側超音波センサ30,32、及び受信側超音波センサ34,36とがユニット化された状態を示す縦断面図である。図13は受信側の接続端子156a,158a、送信側の接続端子160a,160bにリード線821〜824が接続された状態を示す斜視図である。尚、図11乃至図13において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
Here, Modification 5 will be described.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view for explaining the configuration of the fifth modification. FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a state in which the holding
図11乃至図13に示されるように、変形例4の超音波式渦流量計150では、保持部材152の内部に駆動回路42及び演算部46(図1参照)が配置された複数の基板154(1541〜154n)が収納される基板収納室152aを有する。尚、複数の基板154のうち下段に配置された第1基板1541は、後述するように演算部46の受信側接続部156,158と駆動回路42の送信側接続部160とが受信側超音波センサ34,36及び送信側超音波センサ30,32の上方に対向するように一列に設けられている。
As shown in FIGS. 11 to 13, in the
一対の受信側接続部156,158の接続端子156a,158aには、受信側の電線であるリード線821,822が接続され、送信側接続部160の一対の接続端子160a,160bには、受信側の電線であるリード線823,824が接続されている。
Lead
従って、送信側超音波センサ30,32、及び受信側超音波センサ34,36から引き出されたリード線821〜824が絡み合うことがなくなり、かつ一対の受信側接続端子156,158が送信側接続端子160の両側から挟むように離間した位置に設けたため、受信側のリード線821,822が離間することによりリード線821,822同士及び受信側の接続端子156a,158a間のクロストークを防止することができる。
Accordingly, the transmission side
保持部材152の上部開口は、取付ボルト161に締結された蓋部材162により閉塞されており、且つ基板154に設けられた受信増幅回路48,50、波形整形回路52,54、位相比較回路56、流量演算部60が蓋部材162によって保護される。また、保持部材152は、取付ボルト163の締結によりシール部材164により本体166の取付面166aとの間をシールされると共に、有底円筒状部152bが本体166の取付孔166bに挿入される。
The upper opening of the holding
有底円筒状部152bの底部152cには、送信側超音波センサ30,32、及び受信側超音波センサ34,36を支持する4本の管路168〜171が下方に延在するように固着されている。管路168〜171は、上端が最下段に配置された基板1541に設けられた送信側接続部156,158、受信側接続部160に対向する位置に結合されている。そして、管路168〜171に挿通されたリード線821〜824の端部は、受信側の接続端子156a,158a、送信側の接続端子160a,160bに半田付け等により接続される。
The four
従って、超音波式渦流量計150では、管路168〜171を介して保持部材152と受信側超音波センサ34,36、及び送信側超音波センサ30,32とがユニット化されている。そのため、取付ボルト163を緩めるだけで保持部材152と共に、受信側超音波センサ34,36及び送信側超音波センサ30,32を同時に取り出せるため、メンテナンス時の取り出し作業が容易に行える。
Therefore, in the
また、受信側超音波センサ34,36及び送信側超音波センサ30,32は、渦発生体16の通路18,20に挿入する際も一括して挿入できるので、短時間で取り付けることが可能になる。さらに、受信側超音波センサ34,36と送信側超音波センサ30,32との離間距離、すなわち、通路18,20内で互いに対向する振動板72c間距離は、管路168〜171の長さによって一定の距離に保たれるので、受信側超音波センサ34,36の受信感度を安定させることができる。
In addition, since the reception-side
そして、管路168〜171がセンサホルダ72の円筒部72aよりも小径であるので、センサホルダ72の円筒部72aよりも剛性が高く、その分振動(漏洩超音波)が伝搬しにくい構成になっている。すなわち、管路168〜171においてセンサホルダ72より漏洩してくる超音波を減衰させることができる。よって、センサホルダ72から保持部材152への音波漏洩が減少し、S/N比を十分確保することが可能になる。
Since the
管路168,169の下端は、送信側超音波センサ30,32のセンサホルダ72に固着されている。また、受信側の管路168,169の下端は、受信側超音波センサ34,36のセンサホルダ72の蓋部材78に固着される。そして、送信側超音波センサ30,32、及び受信側超音波センサ34,36の各センサホルダ72の内部72bには、圧電素子70が収納されている。
The lower ends of the
センサホルダ72の円筒部72aの外周には、ガイドリング172が嵌合固定されている。ガイドリング(環状部材)172は、前述した図8に示すガイドリング134と同様に流体が通過するための複数の貫通孔174が通路延在方向に設けられている。受信側の管路170,171の下端は、貫通孔174に挿通され、センサホルダ72の円筒部72a外周に結合される。
A
ガイドリング172は、例えば、樹脂粒と金属と混ぜ合わせて連続気泡孔を形成された焼結材により成型されており、渦発生体16の通路18,20に対するセンサホルダ72の挿入位置をガイドすると共に、流体の流れ方向に対して斜め方向に進行する音波を吸収して超音波の漏洩を防止する機能も有する。
The
さらに、各ガイドリング172の端面には、円筒形状に形成された吸音材176が固着されている。この吸音材176は、上記ガイドリング172と同様に流体が通過するための孔(図示せず)を有しており、例えば、スポンジのように多数の孔を有する弾性材により形成されているため、音波の伝搬を防ぐ機能を有している。また、吸音材176は、受信側の管路170,171を挿通させるための孔176aが通路延在方向に設けられている。
Further, a
また、各管路168〜171の内部には、リード線821〜824が挿通されており、且つ各管路168〜171の外周には、音波伝搬防止部178が形成されている。尚、音波伝搬防止部178としては、音波の伝搬を防止する溝、あるいは音波を吸収するスポンジ、あるいは多孔質の焼結金属などよりなる。
Inside the Kakukanro 168-171, leads 82 1-82 4 and is inserted, and the outer periphery of the Kakukanro 168-171, wave
また、各管路168〜171のうち受信側の管路170,171は、渦発生体16の通路18,20に挿入されるため、管路170,171の音波伝搬防止部178は、通路18,20内を伝搬する音波の乱反射も防止する。
Further, among the
ここで、流量計測時の動作について説明する。
被測流体が流量計本体14内の流路12を流れると、渦発生体16の下流にカルマン渦(図2参照)が発生する。渦発生体16は、前述したように各圧力導入路22,24,26,28が設けられているので、渦発生体16の下流を流れる被測流体中にカルマン渦が発生したとき、カルマン渦の発生に伴う圧力変化により渦発生体16の左右両側で圧力差が生じ、この圧力差によって通路18,20内に被測流体の流れ180,182が生じる。すなわち、通路18,20内においては、カルマン渦の発生と同じ周期で交互に逆向きの流れが生じる。
Here, the operation at the time of flow rate measurement will be described.
When the fluid to be measured flows through the
また、送信側超音波センサ30,32から送信された超音波は、通路18,20内を流れる被測流体中を伝搬して受信側超音波センサ34,36で受信される。その際、送信側超音波センサ30,32から送信された超音波のうち通路18,20内壁に向かって斜めに送信された超音波は、吸音材176に吸収されて受信側超音波センサ34,36に到達することが阻止されて乱反射によるノイズの発生が抑制される。
Further, the ultrasonic waves transmitted from the transmission side
さらに、各管路168〜171の外周には、音波伝搬防止部178が形成されているので、通路18,20内において流体中を伝搬する超音波が受信側の管路170,171に反射しにくくなり、反射波によるノイズの発生も抑制される。
Further, since the sound wave
渦発生体16では、送信側超音波センサ30,32よりも上方に各圧力導入路22,24が設けられ、受信側超音波センサ34,36よりも下方に各圧力導入路26,28が設けられている。
In the
そして、カルマン渦184により生じた渦発生体16の両側の圧力差によって、圧力導入路22から左側の通路18に流入した流体は、送信側超音波センサ30の外周に嵌合されたガイドリング172及び吸音材176を通過して送信方向と同じ方向の流れ180を生じる。さらに、流体は、受信側超音波センサ34の外周に嵌合されたガイドリング172及び吸音材176を通過して圧力導入路28へ流出される。
Then, due to the pressure difference between the two sides of the
また、圧力導入路26から右側の通路20に流入した流体は、受信側超音波センサ36の外周に嵌合されたガイドリング172及び吸音材176を通過して逆方向の流れ182を生じる。さらに、流体は、送信側超音波センサ32の外周に嵌合されたガイドリング172及び吸音材176を通過して圧力導入路24へ流出される。
Further, the fluid flowing into the
従って、通路18,20内を伝搬する何れか一方の超音波は、カルマン渦の発生に伴う通路18,20内を流れる被測流体の流速により加速され、通路18,20内を伝搬する何れか他方の超音波は、カルマン渦の発生に伴う通路18,20内を流れる被測流体の流速により減速される。
Accordingly, any one of the ultrasonic waves propagating in the
そのため、演算部46は、受信側超音波センサ34,36から出力された検出信号の位相差から得られる信号を復調してカルマン渦の発生周波数を検出し、この周波数に基づいて流路12内を流れる被測流体の流量を計測する。
Therefore, the calculation unit 46 demodulates the signal obtained from the phase difference between the detection signals output from the reception-side
ここで、上記変形例4の超音波式渦流量計150の組付け作業について図12及び図13を参照して説明する。
Here, an assembling operation of the
図12及び図13に示されるように、超音波式渦流量計150では、基板154(1541〜154n)が収納された保持部材152と、送信側超音波センサ30,32、及び受信側超音波センサ34,36とがユニット化されているので、送信側超音波センサ30,32及び受信側超音波センサ34,36を渦発生体16の通路18,20に一括して挿入することが可能である。
As shown in FIGS. 12 and 13, in the
さらに、メンテナンス時は、取付ボルト163を緩めるだけで保持部材152を上方に引き上げることで、送信側超音波センサ30,32及び受信側超音波センサ34,36を同時に取り出せる。そのため、メンテナンス時の取り出し作業時間を短縮できると共に、取り出し作業を容易に行える。
Furthermore, at the time of maintenance, the transmission-side
また、管路168〜171が第1基板1541に設けられた受信側の接続端子156a,158a、送信側の接続端子160a,160bに対向する位置に設けられているので、管路168〜171から引き出された4本のリード線821〜824は、互いに平行に配置されており、絡むことがないので、リード線821〜824同士でのクロストークが防止でき、基板上の回り込みが減少される。
Further, the
上記実施の形態では、一対の送信側超音波センサ30,32と受信側超音波センサ34,36とが渦発生体16の通路18,20に対向する位置に配置された構成を位置例として挙げたが、これに限らず、何れか一方の送信側超音波センサ、受信側超音波センサを設ける構成として送信信号と受信信号との位相差からカルマン渦を検出する構成でも良いのは勿論である。
In the above embodiment, a configuration in which the pair of transmission-side
また、計測される被測流体は、液体でも気体でも良いのは言うまでもない。 Needless to say, the fluid to be measured may be liquid or gas.
10,90,100,110,149,150 超音波式渦流量計
12 流路
14 流量計本体
16 渦発生体
18,20 通路
22,24,26,28 圧力導入路
30,32 送信側超音波センサ
34,36 受信側超音波センサ
38,40 センサ取付部
38a,38b センサ挿入孔
38c 空間
39,41 保持部材
39a 中空部
39b 貫通孔
39c 中空部
42 駆動回路
44 発振回路
46 演算部
48,50 受信増幅回路
52,54 波形整形回路
56 位相比較回路
60 流量演算部
62,126,134,140,172 ガイドリング
64 ガイドリング取付部
66,94 シール部材
70 圧電素子
72 センサホルダ
72a 円筒部
72b 内部
72c 振動板
72d 角部
74 隙間
78 蓋部材
78a 蓋部
78b 中空部
80,92 パイプ
82 リード線
96 付勢部材
102,104 第1の取付部
106,108 第2の取付部
112,114 空間
130(1301〜130n−1) 切欠
132(1321〜132n) 突部
138(1381〜138n) 貫通孔
152 保持部材
154(1541〜154n) 基板
156,158 受信側接続部
156a,158a,160a,160b 接続端子
160 送信側接続部
168〜171 管路
176 吸音材
178 音波伝搬防止部
10, 90, 100, 110, 149, 150 Ultrasonic
Claims (8)
前記流路内に前記被測流体の流れ方向と直交するように設けられた渦発生体と、
超音波を送信する超音波送信器と、
該超音波送信器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、
該超音波送信器と該超音波受信器とを前記流量計本体に固定して保持するための保持部材と、
を備え、前記超音波受信器で受信された受信信号に基づき、前記渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出することにより前記流路を流れる被測流体の流量を測定する超音波式渦流量計において、
前記超音波送信器及び超音波受信器のうち少なくとも何れか一方は、
電圧の印加により振動する圧電素子と、
該圧電素子を内部に収納するセンサホルダと、
を有する超音波センサからなり、
前記センサホルダは、
前記圧電素子が当接する振動板と、前記振動板に連続形成され、前記圧電素子の外周を覆う筒部と、該筒部の開口を閉塞する閉塞部材とから前記圧電素子を収納するための収納空間が形成された圧電素子収納部と、
内部に前記圧電素子に電圧を印加するための電線を挿通するため軸方向に貫通する空間部を有し、一端が前記圧電素子収納部の閉塞部材に結合された管路と、
からなり、
前記超音波センサは、前記保持部材に対して相対変位可能に設けられると共に、前記超音波センサを前記保持部材に対して離間方向に付勢する付勢部材を設け、
前記渦発生体は、前記流量計本体の流路に連通された通路を有し、該通路の途中位置に前記超音波送信器が当接する第1の取付部と、前記超音波受信器が当接する第2の取付部を設けたことを特徴とする超音波式渦流量計。 A flow meter body in which a flow path for the fluid to be measured is formed;
A vortex generator provided in the flow path so as to be orthogonal to the flow direction of the measured fluid;
An ultrasonic transmitter for transmitting ultrasonic waves;
An ultrasonic receiver for receiving the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter;
A holding member for fixing and holding the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver to the flowmeter body;
Wherein the basis of the reception signal received by the ultrasonic receiver, ultrasonic vortex to detect the flow rate of a measurement fluid flowing through the flow channel by detecting the Karman vortex generated downstream of the vortex shedder In the flow meter ,
At least one of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver is:
A piezoelectric element that vibrates when a voltage is applied;
A sensor holder that houses the piezoelectric element;
An ultrasonic sensor having
The sensor holder is
A housing for housing the piezoelectric element from a diaphragm that contacts the piezoelectric element, a cylindrical portion that is continuously formed on the diaphragm and covers the outer periphery of the piezoelectric element, and a closing member that closes the opening of the cylindrical portion. A piezoelectric element housing portion in which a space is formed;
Has a space portion extending in the axial direction for inserting the wire for applying a voltage to the piezoelectric element therein, a conduit one end of which is coupled to the closing member of the piezoelectric element housing portion,
Consists of
The ultrasonic sensor is provided so as to be relatively displaceable with respect to the holding member, and is provided with a biasing member that biases the ultrasonic sensor in a separating direction with respect to the holding member,
The vortex generator has a passage communicated with the flow path of the flowmeter body, and the ultrasonic wave receiver receives a first attachment portion in contact with the ultrasonic transmitter at an intermediate position of the passage. An ultrasonic vortex flowmeter, characterized in that a second mounting portion in contact therewith is provided .
前記超音波送信器及び超音波受信器の前記センサホルダに収納された圧電素子からの電線を前記管路に挿通して前記保持部材に収納された基板に接続し、
前記管路を前記センサホルダに一体的に結合させたことを特徴とする超音波式渦流量計。 An ultrasonic vortex flowmeter according to any one of claims 1 to 3,
An electric wire from a piezoelectric element housed in the sensor holder of the ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver is inserted into the conduit and connected to a substrate housed in the holding member;
Ultrasonic vortex flowmeters, characterized in that is integrally coupled to the conduit to the sensor holder.
前記超音波送信器を一対設け、
前記超音波受信器を一対設け、
前記保持部材に基板を設けており、
前記基板は、
前記一対の超音波送信器が接続される一対の接続端子を有する駆動回路と、
前記一対の超音波受信器が接続される一対の接続端子を有する受信回路と有し、
前記受信回路の一対の接続端子を前記駆動回路の一対の接続端子の両側から挟むように離間した位置に設けたことを特徴とする超音波式渦流量計。 An ultrasonic vortex flowmeter according to any one claims 1 to 7,
A pair of the ultrasonic transmitters is provided,
A pair of the ultrasonic receivers are provided,
A substrate is provided on the holding member;
The substrate is
A drive circuit having a pair of connection terminals to which the pair of ultrasonic transmitters are connected;
A receiving circuit having a pair of connection terminals to which the pair of ultrasonic receivers are connected;
Ultrasonic vortex flowmeters, wherein a pair of connecting terminals provided at a position spaced so as to sandwich from both sides of the pair of connecting terminals of the driving circuit of the reception circuit.
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