JPH11271113A - Ultrasonic vortex flowmeter - Google Patents
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- JPH11271113A JPH11271113A JP10094071A JP9407198A JPH11271113A JP H11271113 A JPH11271113 A JP H11271113A JP 10094071 A JP10094071 A JP 10094071A JP 9407198 A JP9407198 A JP 9407198A JP H11271113 A JPH11271113 A JP H11271113A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波渦流量計において、圧電素子を小さく
することなく超音波のビーム幅をカルマン渦のピッチの
1/2より小さくして流量計測精度を高める。
【解決手段】 管路4内に渦発生体5を設け、カルマン
渦Kの発生領域Eをはさんでハウジング3の管壁の取付
穴8,9に圧電素子6a,7aを取付ける。受信側の取付穴
9の底部の振動板7bに接合部19を突出させて音響接合材
12を介して圧電素子7bの受信面に接合させる。超音波送
信器6の送信ビーム幅Tに対して、接合部19の幅W1によ
って受信側の圧電素子7aによって受信される超音波のビ
ーム幅R1を限定することができるので、接合部19の幅W1
を小さくすることにより、圧電素子7aを小さくすること
なく、超音波のビーム幅R1をカルマン渦のピッチPの1
/2より小さくすることができる。その結果、単一のカ
ルマン渦によって変調された超音波を受信することがで
き、流量の計測精度を高めることができる。
(57) [Summary] In an ultrasonic vortex flowmeter, the ultrasonic beam width is made smaller than 1/2 of the pitch of the Karman vortex without increasing the size of the piezoelectric element, thereby improving the flow rate measurement accuracy. A vortex generator (5) is provided in a pipe (4), and piezoelectric elements (6a, 7a) are mounted in mounting holes (8, 9) in a pipe wall of a housing (3) with a Karman vortex K generation region (E) interposed therebetween. The acoustic bonding material is formed by projecting the joint 19 from the diaphragm 7b at the bottom of the mounting hole 9 on the receiving side.
It is joined to the receiving surface of the piezoelectric element 7b via 12. For the transmission beam width T of the ultrasonic transmitter 6, since the width W 1 of the joint 19 it is possible to limit the ultrasonic beam width R 1 which is received by the piezoelectric element 7a of the receiving side, the joint 19 Width W 1
Is reduced, the beam width R 1 of the ultrasonic wave can be reduced to one of the pitch P of the Karman vortex without reducing the size of the piezoelectric element 7a.
/ 2. As a result, an ultrasonic wave modulated by a single Karman vortex can be received, and the measurement accuracy of the flow rate can be improved.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カルマン渦の発生
周期に基づいて管路内の被測流体の流量を計測する超音
波渦流量計に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeter for measuring a flow rate of a fluid to be measured in a pipe based on a generation cycle of Karman vortices.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の超音波渦流量計の一例について、
図5および図6を参照して説明する。図5に示すよう
に、超音波渦流量計1は、被測流体(流れ方向を太矢印
で示す)が流れる配管2に接続されたハウジング3内の
管路4を横切るように渦発生体5が設けられている。ハ
ウジング3の管壁には、被測流体の流れによって渦発生
体5の後流に生じるカルマン渦Kの発生領域Eをはさん
で、一対の超音波送受信器6,7が渦発生体5と直交す
るように取付けられている。2. Description of the Related Art An example of a conventional ultrasonic vortex flowmeter is described below.
This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the ultrasonic vortex flowmeter 1 includes a vortex generator 5 traversing a pipe 4 in a housing 3 connected to a pipe 2 through which a fluid to be measured (the flow direction is indicated by a thick arrow) flows. Is provided. A pair of ultrasonic transceivers 6 and 7 are provided on the tube wall of the housing 3 with a pair of ultrasonic transceivers 6 and 7 sandwiching a generation region E of a Karman vortex K generated downstream of the vortex generator 5 by the flow of the fluid to be measured. It is mounted so as to be orthogonal.
【0003】超音波送受信器6,7は、それぞれ、圧電
素子6a,7aが、ハウジング3の外周部に設けられた取付
穴8,9内に挿入され、ハウジング3に螺着、溶着また
は接着等によって固定される蓋部材10により、シリコン
ゴム等の弾性体11を介して押圧されて、振動板6b,7bを
形成する管壁に接着剤またはグリース等の音響接合剤12
を介して密着固定(接合)されている。In the ultrasonic transmitters / receivers 6, 7, the piezoelectric elements 6a, 7a are inserted into mounting holes 8, 9 provided on the outer peripheral portion of the housing 3, respectively, and screwed, welded, or bonded to the housing 3. An acoustic bonding agent 12 such as an adhesive or grease is applied to the tube walls forming the diaphragms 6b and 7b by being pressed through an elastic body 11 such as silicon rubber by a lid member 10 fixed by the
Are fixedly bonded (joined) via
【0004】図6に示すように、超音波渦流量計1の流
量測定回路の概略構成は、発振回路13が超音波送信器6
(圧電素子6a)および位相比較回路14に接続され、ま
た、超音波受信器7(圧電素子7a)が増幅回路15を介し
て位相比較回路14に接続され、そして、位相比較回路14
が変換回路16に接続されている。なお、図中、17は電源
回路である。[0006] As shown in FIG. 6, the schematic configuration of the flow rate measuring circuit of the ultrasonic eddy flow meter 1 is as follows.
(Piezoelectric element 6a) and the phase comparison circuit 14, and the ultrasonic receiver 7 (piezoelectric element 7a) is connected to the phase comparison circuit 14 via the amplification circuit 15;
Are connected to the conversion circuit 16. In the figure, reference numeral 17 denotes a power supply circuit.
【0005】次に、超音波渦流量計1の作動について説
明する。Next, the operation of the ultrasonic vortex flowmeter 1 will be described.
【0006】発信回路13からの電気信号によって超音波
送信器6の圧電素子6aが振動し、音響接合剤12および振
動板6bを介して管路4内の被測流体中に超音波を発振す
る。この超音波は、管路4の被測流体中を伝搬し、被測
流体の流れによって渦発生体5の後流に生じるカルマン
渦Kによって変調を受けた後、振動板7bおよび音響接合
剤12を介して圧電素子7aによって受信されて電気信号に
変換される。The piezoelectric element 6a of the ultrasonic transmitter 6 vibrates by an electric signal from the transmission circuit 13, and oscillates ultrasonic waves into the fluid to be measured in the pipe 4 via the acoustic bonding agent 12 and the diaphragm 6b. . The ultrasonic wave propagates through the fluid to be measured in the pipe 4 and is modulated by the Karman vortex K generated downstream of the vortex generator 5 by the flow of the fluid to be measured. And is received by the piezoelectric element 7a via the interface and converted into an electric signal.
【0007】この電気信号は、増幅回路12によって増幅
されて位相比較回路14に入力される。位相比較回路14で
は、超音波受信器7からのカルマン渦Kによる変調分を
含む信号と、発振回路13からの原信号との位相を比較し
て、カルマン渦Kによる変調分を検出してカルマン渦K
の発生周期と等しい周波数を有する変調信号として出力
する。変調信号の周波数は被測流体の流速に比例するた
め、変換回路16では、この変調信号を処理して被測流体
の流量を表すパルス信号そして出力する。そして、この
パルス信号を各種演算および制御回路(図示せず)によ
って処理することにより、被測流体の計測流量を得るこ
とができる。[0007] The electric signal is amplified by the amplifier circuit 12 and input to the phase comparison circuit 14. The phase comparison circuit 14 compares the phase of the signal including the modulation by the Karman vortex K from the ultrasonic receiver 7 with the phase of the original signal from the oscillation circuit 13 and detects the modulation by the Karman vortex K to detect the Kalman vortex. Vortex K
Is output as a modulated signal having a frequency equal to the generation cycle of Since the frequency of the modulation signal is proportional to the flow rate of the fluid to be measured, the conversion circuit 16 processes this modulation signal and outputs a pulse signal representing the flow rate of the fluid to be measured. The measured flow rate of the fluid to be measured can be obtained by processing this pulse signal by various arithmetic and control circuits (not shown).
【0008】上記のようにカルマン渦の発生周波数を超
音波を用いて検出するようにした超音波渦流量計におい
ては、超音波送信器6から発振された超音波は、所定の
送信ビーム幅Tの指向性(超音波送信領域)をもって管
路4内の被測流体中を伝搬し、超音波受信器7の圧電素
子7bの超音波受信面(超音波受信領域)で受信される所
定のビーム幅R0の範囲で受信される。このとき、超音波
送信器6によって発振され、かつ、超音波受信器7によ
って受信される超音波のビーム幅R0(超音波送信領域と
超音波受信領域との重なり部分の幅)の範囲内に複数の
カルマン渦Kが同時に存在すると、変調信号が単一のカ
ルマン渦Kによる変調分を表さなくなるため、変調信号
の精度すなわち流量計測制度が低下してしまう。In the ultrasonic vortex flowmeter in which the generation frequency of the Karman vortex is detected using ultrasonic waves as described above, the ultrasonic waves oscillated from the ultrasonic transmitter 6 have a predetermined transmission beam width T. A predetermined beam that propagates through the fluid to be measured in the pipe line 4 with the directivity (ultrasonic transmission area) and is received by the ultrasonic receiving surface (ultrasonic receiving area) of the piezoelectric element 7b of the ultrasonic receiver 7 Received in the range of width R0 . At this time, within the range of the beam width R 0 of the ultrasonic wave oscillated by the ultrasonic transmitter 6 and received by the ultrasonic receiver 7 (the width of the overlapping portion between the ultrasonic transmission region and the ultrasonic reception region). If a plurality of Karman vortices K are present at the same time, the modulation signal will not represent the modulation by the single Karman vortex K, and the accuracy of the modulation signal, that is, the flow rate measurement accuracy will be reduced.
【0009】超音波のビーム幅R0が、カルマン渦Kのピ
ッチP(同一方向にできるn番目のカルマン渦の頭とn
+1番目のカルマン渦の頭との間隔であり、渦発生体5
の幅dによって決定され、一般に、P/2=(1/0.5
6)d、または、P/2=1.6d〜1.8d程度である)の1
/2よりも大きい場合(R0>P/2)、ビーム幅R0の範
囲内に複数のカルマン渦Kが存在することになり、カル
マン渦列は正逆方向の渦が交番に並ぶため、隣り合うカ
ルマン渦どうしが圧電素子7a全体で受信する超音波(ビ
ーム幅R0の範囲の超音波)の変調を打ち消し合うように
作用する。このため、カルマン渦Kによる変調が明確に
交番に表れなくなり、時系列的なカルマン渦を検出でき
ないことから、流量計測の精度が低下する。これに対し
て、ビーム幅R0をカルマン渦のピッチPの1/2よりも
小さくして、単一のカルマン渦Kによって一方向の変調
を受けた超音波を受信することにより、連続した交番変
化を明確に表す変調信号を検出することができ、流量の
計測精度を高めることができる。When the beam width R 0 of the ultrasonic wave is equal to the pitch P of the Karman vortex K (the head of the n-th Karman vortex formed in the same direction and n
+1 is the distance between the head of the Karman vortex and the vortex generator 5
And generally, P / 2 = (1 / 0.5
6) d or P / 2 = approximately 1.6d to 1.8d)
When the ratio is larger than / 2 (R 0 > P / 2), a plurality of Karman vortices K exist within the range of the beam width R 0 , and the Karman vortex street has vortices in the forward and reverse directions arranged alternately. Adjacent Karman vortices act so as to cancel out modulation of ultrasonic waves (ultrasonic waves in the range of the beam width R0 ) received by the entire piezoelectric element 7a. For this reason, the modulation by the Karman vortex K does not clearly appear in alternation, and the time-series Karman vortex cannot be detected, so that the accuracy of the flow rate measurement decreases. On the other hand, by making the beam width R 0 smaller than の of the pitch P of the Karman vortex and receiving an ultrasonic wave modulated in one direction by a single Karman vortex K, a continuous alternating A modulation signal that clearly indicates the change can be detected, and the measurement accuracy of the flow rate can be improved.
【0010】次に、超音波のビーム幅と、位相比較回路
14の出力波形との関係について、図7を参照して説明す
る。図7(A),(B),(C) は、管路直径D=6.0mm 、渦発生
体幅d=1.4mm 、渦発生体の前端から超音波送受信器の
圧電素子の中心までの距離L=2.8mm 、被測流体流量
2.0 l/min とし、超音波送受信器の圧電素子の幅Wを
それぞれ(A) ではW=3.0mm 、(B) ではW=2.0mm 、ま
た、(C) ではW=1.0 mmとした場合の位相比較回路14か
らの実際の出力波形を示している。Next, the beam width of the ultrasonic wave and the phase comparison circuit
The relationship with the 14 output waveforms will be described with reference to FIG. 7 (A), (B) and (C) show the pipe diameter D = 6.0 mm, the vortex generator width d = 1.4 mm, and the distance from the front end of the vortex generator to the center of the piezoelectric element of the ultrasonic transceiver. L = 2.8mm, measured fluid flow rate
2.0 l / min, and the width W of the piezoelectric element of the ultrasonic transceiver is W = 3.0 mm in (A), W = 2.0 mm in (B), and W = 1.0 mm in (C). 3 shows an actual output waveform from the phase comparison circuit 14.
【0011】図7から、超音波のビーム幅すなわち超音
波送受信器の圧電素子の幅Wを小さくする程、(A),(B),
(C) の順で位相比較回路14の出力波形が安定し、超音波
送受信器の圧電素子の幅Wをカルマン渦のピッチPの1
/2、すなわちP/2=(1/0.56)d=2.1mm よりも
小さいW=1.0 mmとした(C) が高く最も安定した出力波
形となっていることがわかる。FIG. 7 shows that the smaller the beam width of the ultrasonic wave, that is, the width W of the piezoelectric element of the ultrasonic transmitter / receiver, the smaller the (A), (B),
In the order of (C), the output waveform of the phase comparison circuit 14 is stabilized, and the width W of the piezoelectric element of the ultrasonic transceiver is set to 1 of the pitch P of the Karman vortex.
(C) when W = 1.0 mm, which is smaller than / 2, that is, P / 2 = (1 / 0.56) d = 2.1 mm, shows that the output waveform is the most stable.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の超音波渦流
量計1を用いて微少流量の計測を実現するためには、被
測流体の流速(レイノルズ数)をカルマン渦の発生領域
まで高めて安定したカルマン渦の生成を行う必要があ
り、このため、ハウジング3の管路4の直径Dを充分小
さく設定する必要がある。そこで、管路4の直径Dを小
さくすると、渦発生体5の幅dも小さくなり、この幅d
によって決まるカルマン渦のピッチPが小さくなるの
で、安定した流量の計測を行うためには、超音波のビー
ム幅を充分小さくする必要がある。In order to measure a very small flow rate using the above-mentioned conventional ultrasonic vortex flowmeter 1, the flow velocity (Reynolds number) of the fluid to be measured is increased to the Karman vortex generation region. It is necessary to generate a stable Karman vortex, and therefore, it is necessary to set the diameter D of the pipe 4 of the housing 3 to be sufficiently small. Therefore, when the diameter D of the conduit 4 is reduced, the width d of the vortex generator 5 is also reduced.
Since the pitch P of the Karman vortex determined by the vortex becomes smaller, it is necessary to sufficiently reduce the beam width of the ultrasonic wave in order to measure the flow rate stably.
【0013】しかしながら、超音波送受信器6,7の圧
電素子6a,7aを小さくしようとする場合、圧電素子6a,
7aの性能安定性の確保が困難になり、製造および組付作
業性が低下し、また、製造コストが高くなるという問題
を生じる。さらに、計測流量に応じて各寸法の圧電素子
6a,7aを準備する必要があり、超音波渦流量計の製造コ
ストの上昇の原因となる。However, when trying to reduce the size of the piezoelectric elements 6a, 7a of the ultrasonic transceivers 6, 7, the piezoelectric elements 6a, 7a
It becomes difficult to ensure the performance stability of 7a, and the production and assembling workability is reduced, and the production cost is increased. In addition, piezoelectric elements of various dimensions according to the measured flow rate
It is necessary to prepare 6a and 7a, which causes an increase in the manufacturing cost of the ultrasonic vortex flowmeter.
【0014】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、超音波送受信器の寸法を小さくすることなく、
超音波のビーム幅を小さくすることができる超音波渦流
量計を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has been made without reducing the size of the ultrasonic transceiver.
It is an object of the present invention to provide an ultrasonic vortex flowmeter capable of reducing an ultrasonic beam width.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1の発明は、被測流体が流れる管路内に渦
発生体を設け、圧電素子と該圧電素子に音響接合剤によ
って接合された振動板とからなる一対の超音波送受信器
を前記管路の前記渦発生体によって生成されるカルマン
渦の発生領域をはさむように配設し、前記超音波送受信
器によって検出される前記カルマン渦の発生周期に基づ
いて前記被測流体の流量を計測する超音波渦流量計にお
いて、前記一対の超音波送受信器うちの少なくとも一方
における前記圧電素子と前記振動板との前記音響接合剤
による接合部分の前記被測流体の流れ方向の幅を、当該
圧電素子の前記被測流体の流れ方向の幅よりも小さくし
たことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, a vortex generator is provided in a pipe through which a fluid to be measured flows, and a piezoelectric element and an acoustic bonding agent are attached to the piezoelectric element. A pair of ultrasonic transmitter / receiver composed of a diaphragm joined together is disposed so as to sandwich the generation region of the Karman vortex generated by the vortex generator in the conduit, and is detected by the ultrasonic transmitter / receiver. In the ultrasonic vortex flowmeter that measures the flow rate of the fluid to be measured based on the generation cycle of the Karman vortex, the acoustic bonding agent between the piezoelectric element and the diaphragm in at least one of the pair of ultrasonic transceivers. The width of the joint portion in the flow direction of the fluid to be measured is smaller than the width of the piezoelectric element in the flow direction of the fluid to be measured.
【0016】このように構成したことにより、音響接合
剤によって、超音波送受信器の圧電素子の全面が振動板
に接合された場合よりも、超音波送信領域または超音波
受信領域のうちの少なくとも一方の被測流体の流れ方向
の幅が小さくなる。According to this structure, at least one of the ultrasonic transmission area and the ultrasonic reception area is compared with the case where the entire surface of the piezoelectric element of the ultrasonic transceiver is bonded to the diaphragm by the acoustic bonding agent. Of the measured fluid in the flow direction is reduced.
【0017】請求項2の発明は、上記請求項1の構成に
おいて、前記振動板の前記圧電素子との音響接合剤によ
る接合部分の前記被測流体の流れ方向の幅を、前記渦発
生体の前記被測流体の流れ方向と前記渦発生体軸方向と
のそれぞれに直交する方向における幅の1/0.56倍以下
としたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the width of the vibration plate in the flow direction of the fluid to be measured at the joint of the vibration plate and the piezoelectric element by the acoustic bonding agent is set to be smaller than that of the vortex generator. The width in a direction orthogonal to each of the flow direction of the fluid to be measured and the axial direction of the vortex generator is not more than 1 / 0.56 times.
【0018】このように構成したことにより、一対の超
音波送受信器の超音波送信領域または超音波受信領域の
うちの少なくとも一方の被測流体の流れ方向の幅が、カ
ルマン渦のピッチ(同一方向のカルマン渦の発生間隔)
の1/2、すなわち、単一のカルマン渦のみが存在する
幅以下になる。With this configuration, the width of at least one of the ultrasonic transmission region and the ultrasonic reception region of the pair of ultrasonic transceivers in the flow direction of the measured fluid is equal to the pitch of the Karman vortex (in the same direction). Generation interval of Karman vortex
, Ie, less than the width where only a single Karman vortex exists.
【0019】請求項3の発明は、被測流体が流れる管路
内に渦発生体を設け、圧電素子を有する一対の超音波送
受信器を前記管路の前記渦発生体によって発生するカル
マン渦の発生領域をはさむように配設し、前記超音波送
受信器によって検出される前記カルマン渦の発生周期基
づいて前記被測流体の流量を計測する超音波渦流量計に
おいて、前記一対の超音波送受信器のうち超音波送信器
の超音波送信領域と超音波受信器の超音波受信領域との
前記カルマン渦の発生領域における重なり部分の前記被
測流体の流れ方向の幅が、前記超音波送受信器のうちの
一方の前記圧電素子の超音波受信面の幅よりも小さくな
るように、前記一対の超音波送受信器が互いにオフセッ
トして配置されていることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, a vortex generator is provided in a conduit through which a fluid to be measured flows, and a pair of ultrasonic transceivers having a piezoelectric element is used to generate a Karman vortex generated by the vortex generator in the conduit. An ultrasonic vortex flowmeter arranged to sandwich a generation area and measuring a flow rate of the fluid to be measured based on a generation cycle of the Karman vortex detected by the ultrasonic transceiver, wherein the pair of ultrasonic transceivers Of the ultrasonic transmission area of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic reception area of the ultrasonic receiver, the width in the flow direction of the fluid to be measured of the overlapping portion in the generation region of the Karman vortex, the ultrasonic transceiver of The pair of ultrasonic transceivers are offset from each other so as to be smaller than the width of the ultrasonic receiving surface of one of the piezoelectric elements.
【0020】このように構成したことにより、一対の超
音波送受信器を相対向して配置した場合よりも、超音波
送信領域と超音波受信領域との重なり部分の被測流体の
流れ方向の幅が小さくなる。With this configuration, the width of the overlapping portion of the ultrasonic transmission region and the ultrasonic reception region in the flow direction of the fluid to be measured is smaller than that in the case where the pair of ultrasonic transceivers are arranged opposite to each other. Becomes smaller.
【0021】なお、請求項3でいう「オフセットして配
置」とは、一対の超音波送受信器が管路の中心をはさむ
ようにして正対しない、または、渦発生体からの被測流
体の流れ方向の距離が等しくないことのいずれかの条件
を満たすように配置することである。The "offset arrangement" mentioned in claim 3 means that a pair of ultrasonic transceivers do not face each other so as to sandwich the center of the pipeline, or the flow of the fluid to be measured from the vortex generator. The arrangement is such that the distances in the directions are not equal.
【0022】請求項4の発明は、上記請求項3の構成に
おいて、前記一対の超音波送受信器の前記圧電素子の超
音波受信面は、それぞれ前記管路の中心軸に正対し、か
つ、前記被測流体の流れ方向にオフセットして配置され
ていることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect, the ultrasonic receiving surfaces of the piezoelectric elements of the pair of ultrasonic transceivers face the central axis of the conduit respectively, and It is characterized by being arranged offset in the flow direction of the fluid to be measured.
【0023】このように構成したことにより、前記管路
に流れのよどみとなる部分を形成することなく、一対の
超音波送受信器を相対向して配置した場合よりも、超音
波送信領域と超音波受信領域との重なり部分の被測流体
の流れ方向の幅が小さくなる。[0023] With this configuration, the ultrasonic transmission region and the ultrasonic transmission region can be formed without forming a stagnation portion in the conduit as compared with a case where a pair of ultrasonic transceivers are arranged opposite to each other. The width of the overlapping portion with the sound wave receiving area in the flow direction of the fluid to be measured is reduced.
【0024】なお、請求項4でいう「管路に正対し、か
つ、被測流体の流れ方向にオフセットして配置」とは、
一対の超音波送受信器が互いに対向する面が平行で管路
の中心を向いており、かつ、渦発生体からの被測流体の
流れ方向の距離が等しくないという条件を満たすように
配置することである。It should be noted that the phrase “disposed in the direction opposite to the pipe line and in the flow direction of the fluid to be measured” in claim 4 means:
The pair of ultrasonic transceivers should be arranged so that the surfaces facing each other are parallel and face the center of the conduit, and the distances in the flow direction of the fluid to be measured from the vortex generator are not equal. It is.
【0025】また、請求項5の発明は、上記請求項3ま
たは4の構成において、前記一対の超音波送受信器のう
ち超音波送信器の超音波送信領域と超音波受信器の超音
波受信領域との前記カルマン渦の発生領域における重な
り部分の前記被測流体の流れ方向の幅が、前記渦発生体
の前記被測流体の流れ方向と前記渦発生体軸方向とのそ
れぞれに直交する方向における幅の1/0.56倍以下とな
るように設定されたことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the third or fourth aspect, the ultrasonic transmission area of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic reception area of the ultrasonic receiver among the pair of ultrasonic transceivers. And the width of the overlapping portion in the generation region of the Karman vortex in the flow direction of the fluid to be measured is in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid to be measured of the vortex generator and the axial direction of the vortex generator. The width is set to be 1 / 0.56 times or less of the width.
【0026】このように構成したことにより、超音波送
信領域と超音波受信領域との重なり部分の被測流体の流
れ方向の幅が、カルマン渦のピッチ(同一方向のカルマ
ン渦の発生間隔)の1/2、すなわち、単一のカルマン
渦のみが存在する幅以下になる。With this configuration, the width of the overlapped portion of the ultrasonic wave transmission region and the ultrasonic wave reception region in the flow direction of the fluid to be measured is equal to the pitch of the Karman vortex (the generation interval of the Karman vortex in the same direction). 1 /, that is, less than the width where only a single Karman vortex exists.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、
図4および図5に示す従来例と同様の部分には、同一の
符号を付して異なる部分についてのみ詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description,
4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and only different portions will be described in detail.
【0028】本発明の第1実施形態について図1を参照
して説明する。図1に示すように、第1実施形態に係る
超音波渦流量計18では、超音波受信器7の圧電素子7aの
取付穴9の底部(振動板7b)の中央部に、圧電素子7aの
超音波受信面よりも小さい接合部19が突出されており、
この接合部19が圧電素子7aの超音波受信面に音響接合剤
12を介して接合されている。そして、接合部19によっ
て、管路4内の流体中を伝搬して受信側の振動板7bに到
達した超音波を圧電素子7aの超音波受信面に伝達する音
響伝達経路を形成している。A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, in the ultrasonic vortex flowmeter 18 according to the first embodiment, the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7 is provided at the center of the bottom (diaphragm 7b) of the mounting hole 9 of the piezoelectric element 7a. The joint 19 smaller than the ultrasonic receiving surface is projected,
This bonding part 19 is an acoustic bonding agent on the ultrasonic receiving surface of the piezoelectric element 7a.
12 are joined through. The joining portion 19 forms an acoustic transmission path for transmitting the ultrasonic wave that has propagated through the fluid in the conduit 4 and has reached the receiving diaphragm 7b to the ultrasonic receiving surface of the piezoelectric element 7a.
【0029】接合部19は、渦発生体5の幅dによって決
定されるカルマン渦のピッチPに基づいて、その幅W
1(被測流体の流れ方向に沿った寸法)が渦ピッチPの
1/2よりも小さくなるようにしてあり(W1<P/
2)、渦発生体5の幅dと渦ピッチPとの関係(一般
に、P/2=(1/0.56)d、または、P/2=1.6d〜
1.8d程度)に基づいて、例えば、渦発生体5の幅dに対
してW1<1.6d〜1.8dとし、望ましくはW1≦(1/0.56)
dとするとよい。そして、接合部19は、渦発生体5の後
流に生成されるカルマン渦Kの1つによって変調された
超音波が受信されるような位置に配置されている。The joint 19 has a width W based on the pitch P of Karman vortices determined by the width d of the vortex generator 5.
1 (dimension along the flow direction of the fluid to be measured) is set to be smaller than 1/2 of the vortex pitch P (W 1 <P /
2), the relationship between the width d of the vortex generator 5 and the vortex pitch P (generally, P / 2 = (1 / 0.56) d or P / 2 = 1.6d or more)
Based on the order of 1.8 d), for example, and W 1 <1.6d~1.8d the width d of the vortex generator 5, preferably W 1 ≦ (1 / 0.56)
It is good to be d. The joint 19 is arranged at a position where an ultrasonic wave modulated by one of the Karman vortices K generated downstream of the vortex generator 5 is received.
【0030】圧電素子7aの背部には、この圧電素子7aが
嵌合されるはめ合い寸法の凹部を有するリテーナ20が嵌
合されている。リテーナ20の外周部は、取付穴9内に嵌
合されるはめ合い寸法となっており、リテーナ20によっ
て圧電素子7aの管路4に対する平行度が確保されるよう
になっている。そして、ハウジング3に螺着、溶着また
は接着等によって固定される蓋部材10でシリコンゴム等
の弾性体11を介してリテーナを押圧することにより、圧
電素子7aが音響接合剤12を介して接合部19に密着されて
固定されている。A retainer 20 having a recess having a fitting size into which the piezoelectric element 7a is fitted is fitted to the back of the piezoelectric element 7a. The outer peripheral portion of the retainer 20 has a fitting dimension fitted into the mounting hole 9, and the parallelism of the piezoelectric element 7 a to the conduit 4 is ensured by the retainer 20. Then, the retainer is pressed through an elastic body 11 such as silicon rubber by a cover member 10 fixed to the housing 3 by screwing, welding, bonding, or the like, so that the piezoelectric element 7 a It is closely attached to 19 and fixed.
【0031】以上のように構成した第1実施形態の作用
について次に説明する。The operation of the first embodiment configured as described above will now be described.
【0032】図4に示すものと同様に、超音波送信器6
の圧電素子6aから発振された超音波は、所定の送信ビー
ム幅Tの指向性(広がり)をもって被測流体中を伝搬
し、カルマン渦Kによって変調されて受信側の振動板7b
に到達する。そして、接合部19によって形成される音響
伝達路および音響接合剤12を介して圧電素子7aで受信さ
れる。このとき、接合部19によって、圧電素子7aの超音
波受信面と振動板7bとの間に空間Sが形成されるので、
超音波信号の伝達経路を接合部19の幅W1に限定すること
ができ、これにより、圧電素子7aのビーム幅R1をカルマ
ン渦のピッチPの1/2より小さい接合部19の幅W1に限
定することができる。As shown in FIG. 4, the ultrasonic transmitter 6
The ultrasonic wave oscillated from the piezoelectric element 6a propagates through the fluid to be measured with a directivity (spread) having a predetermined transmission beam width T, is modulated by the Karman vortex K, and is vibrated on the receiving side.
To reach. Then, the sound is received by the piezoelectric element 7a via the acoustic transmission path formed by the joint 19 and the acoustic bonding agent 12. At this time, a space S is formed between the ultrasonic wave receiving surface of the piezoelectric element 7a and the diaphragm 7b by the joint 19,
Can limit the transmission path of the ultrasonic signals to the width W 1 of the joint 19, thereby, the width W of less than 1/2 junction 19 of the pitch P of the Karman vortex beam width R 1 of the piezoelectric element 7a Can be limited to one .
【0033】その結果、単一のカルマン渦Kによって変
調された超音波を超音波受信器7の圧電素子7aで受信す
ることができ、図7(C) に示すような位相比較回路14の
出力波形と同様の安定した出力波形が得られて、流量の
計測精度を高めることができる。As a result, the ultrasonic wave modulated by the single Karman vortex K can be received by the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7, and the output of the phase comparison circuit 14 as shown in FIG. A stable output waveform similar to the waveform can be obtained, and the measurement accuracy of the flow rate can be improved.
【0034】そして、微小流量の計測のため、管路4の
小径化にともなって渦発生体5の幅dが小さくなり、カ
ルマン渦のピッチPが小さくなった場合でも、渦発生体
5の幅dによって決定される渦ピッチPに応じて接合部
19の幅を充分小さく設定することにより、超音波受信器
7の寸法すなわち圧電素子7aの寸法を小さくすることな
く、所望の超音波のビーム幅R1を得ることができ、単一
のカルマン渦による変調を連続的に受けた超音波を受信
して流量の計測精度を高めることができる。このとき、
超音波受信器7の圧電素子7aは、リテーナ20によって管
路4に対する平行度が確保された状態で確実に支持され
るので、接合部19の幅W1を小さくしても取付状態が不安
定になることがない。In order to measure the minute flow rate, the width d of the vortex generator 5 becomes smaller as the diameter of the conduit 4 becomes smaller, and even if the pitch P of the Karman vortex becomes smaller, the width of the vortex generator 5 becomes smaller. joint according to the vortex pitch P determined by d
By sufficiently small set 19 width of, without reducing the size of the dimension or the piezoelectric element 7a ultrasonic receivers 7, it is possible to obtain a beam width R 1 of desired ultrasound, single Karman vortex Receiving the ultrasonic waves which have been continuously subjected to the modulation by the above, the measurement accuracy of the flow rate can be improved. At this time,
The piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7, because the parallelism with respect to the pipe 4 by the retainer 20 is securely supported in a state of being reserved, even unstable attachment state to reduce the width W 1 of the joint 19 Never be.
【0035】これにより、超音波受信器7の圧電素子7a
の性能安定性を容易に確保し、小型化による製造および
組付作業性の低下を防止し、また、製造コストが高くな
るのを防止することができる。さらに、計測流量に応じ
て各寸法の圧電素子を製造する必要がなくなり、超音波
受信器の共通化が可能となって製造コストを低減するこ
とができる。Thus, the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7
Performance stability can be easily ensured, and the reduction in manufacturing and assembling workability due to miniaturization can be prevented, and the increase in manufacturing cost can be prevented. Further, it is not necessary to manufacture the piezoelectric elements of each dimension according to the measured flow rate, so that the ultrasonic receiver can be shared, and the manufacturing cost can be reduced.
【0036】なお、接合部19の形状および寸法は、所望
の超音波のビーム幅R1に応じて様々に設定することがで
きる。また、上記実施形態では、接合部19は、ハウジン
グ3の管壁と一体に形成しているが、これらを別部材と
して取付けるようにしてもよい。[0036] The shape and dimensions of the joint portion 19 can be set variously depending on the beam width R 1 of desired ultrasound. Further, in the above embodiment, the joint 19 is formed integrally with the tube wall of the housing 3, but these may be attached as separate members.
【0037】次に、本発明の第2実施形態について図2
および図3を参照して説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.
【0038】図2に示すように、第2実施形態に係る超
音波渦流量計21では、超音波受信器7の圧電素子7aの取
付穴22は、被測流体の流れ方向に対して、超音波送信器
6の圧電素子6aの取付穴8の下流側に距離Aだけオフセ
ットして配置されており、超音波送信器6から発振され
た所定の送信ビーム幅Tの指向性(広がり)を有する超
音波送信領域と、超音波受信器7の圧電素子7aの超音波
受信面で受信可能な超音波の伝搬領域である受信領域と
がラップするカルマン渦の発生領域Eにおけるビーム幅
R2が渦ピッチPの1/2よりも小さくなるようになって
いる。そして、渦発生体5の後流に生成されるカルマン
渦Kの1つがビーム幅R2内に入り(図2中の領域F1参
照)、この単一のカルマン渦Kによって変調された超音
波が超音波受信器7の圧電素子7aによって受信されるよ
うになっている。As shown in FIG. 2, in the ultrasonic vortex flowmeter 21 according to the second embodiment, the mounting hole 22 of the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7 has an The ultrasonic wave transmitter 6 is disposed at a position downstream of the mounting hole 8 of the piezoelectric element 6a by a distance A and has a directivity (spread) of a predetermined transmission beam width T oscillated from the ultrasonic wave transmitter 6. Beam width in the Karman vortex generation region E where the ultrasonic transmission region overlaps with the reception region that is the propagation region of ultrasonic waves that can be received on the ultrasonic reception surface of the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7
R 2 is smaller than 小 さ く of the vortex pitch P. Then, one of the Karman vortex K generated on the downstream of the vortex generator 5 is entered into the beam width R 2 (see area F 1 in FIG. 2), ultrasonic wave modulated by this single Karman vortex K Is received by the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7.
【0039】ここで、受信ビーム幅R2は、渦発生体5の
幅dによって決定される渦ピッチP(一般にP/2=1.
6d〜1.8d)を考慮して、R2<1.6d〜1.8dとし、望ましく
はR<(1/0.56)d とするとよい。Here, the reception beam width R 2 is a vortex pitch P determined by the width d of the vortex generator 5 (generally, P / 2 = 1.
In consideration of 6d to 1.8d), R 2 <1.6d to 1.8d, and preferably R <(1 / 0.56) d.
【0040】以上のように構成した第2実施形態の作用
について次に説明する。The operation of the second embodiment configured as described above will now be described.
【0041】図4に示すものと同様に、超音波送信器6
の圧電素子6aから発信された超音波は、所定の送信ビー
ム幅Tの指向性(広がり)をもって被測流体中を伝搬
し、カルマン渦Kによって変調されて受信側の振動板7b
に到達し、振動板7bおよび音響接合剤12を介して圧電素
子7aによって受信される。このとき、超音波送信器6と
超音波受信器7とが距離Aだけオフセットされてビーム
幅R2が渦ピッチPの1/2よりも小さくなっているの
で、単一のカルマン渦Kによる変調を連続的に受けた超
音波を超音波受信器7で受信することができ、流量の計
測精度を高めることができる。As shown in FIG. 4, the ultrasonic transmitter 6
The ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric element 6a propagates through the fluid to be measured with a directivity (spread) of a predetermined transmission beam width T, is modulated by the Karman vortex K, and is vibrated on the receiving side.
And is received by the piezoelectric element 7a via the diaphragm 7b and the acoustic bonding agent 12. At this time, since the ultrasonic transmitter 6 and the ultrasonic receiver 7 are offset by the distance A and the beam width R 2 is smaller than の of the vortex pitch P, the modulation by the single Karman vortex K is performed. Can be received by the ultrasonic receiver 7 continuously, and the measurement accuracy of the flow rate can be improved.
【0042】さらに、超音波送受信器6,7間をオフセ
ットすることにより、被測流体中の超音波の伝搬距離が
管路4の直径Dよりも長くなるので、カルマン渦Kによ
る位相変調量が大きくなり、計測感度を高めることがで
きる。Further, by offsetting the ultrasonic transmitters / receivers 6, 7, the propagation distance of the ultrasonic wave in the fluid to be measured becomes longer than the diameter D of the pipe 4, so that the amount of phase modulation by the Karman vortex K is reduced. It becomes larger, and the measurement sensitivity can be increased.
【0043】図3に、管路直径D=6.0mm 、渦発生体幅
d=1.4mm 、渦発生体の前端から超音波送信器の中心ま
での距離L1=1.57mm、超音波受信器の中心までの距離L2
=5.03mm、超音波送受信器の幅W=2.0mm 、被測流体流
量 2.0 l/min とした場合の位相比較回路の実際の出力
波形を示す。このとき、R2=1.0mm で、(1/0.56)d
=2.50mmより小さくなっている。図3から、安定した出
力波形が得られることがわかる。FIG. 3 shows a pipe diameter D = 6.0 mm, a vortex generator width d = 1.4 mm, a distance L 1 = 1.57 mm from the front end of the vortex generator to the center of the ultrasonic transmitter, and an ultrasonic receiver. Distance to center L 2
5 shows an actual output waveform of the phase comparison circuit when the ultrasonic transmitter / receiver width W = 2.0 mm and the measured fluid flow rate 2.0 l / min. At this time, when R 2 = 1.0 mm, (1 / 0.56) d
= Smaller than 2.50 mm. FIG. 3 shows that a stable output waveform can be obtained.
【0044】そして、微小流量の計測のため、管路4の
小径化にともなって渦発生体の幅dが小さくなり、カル
マン渦のピッチPが小さくなった場合でも、渦発生体d
によって決定される渦ピッチPに応じて超音波送受信器
6,7間のオフセット距離Aを調整することにより、超
音波受信器7の寸法を小さくすることなく、所望の超音
波のビーム幅R2を得ることができ、安定した信号を受信
して流量の計測精度を高めることができる。In order to measure the minute flow rate, even if the width d of the vortex generator becomes smaller as the diameter of the conduit 4 becomes smaller and the pitch P of the Karman vortex becomes smaller, the vortex generator d becomes smaller.
By adjusting the offset distance A between the ultrasonic transceivers 6 and 7 according to the vortex pitch P determined by the above, the desired ultrasonic beam width R 2 can be obtained without reducing the size of the ultrasonic receiver 7. Can be obtained, and a stable signal can be received to improve the measurement accuracy of the flow rate.
【0045】これにより、超音波受信器7の圧電素子7a
の性能安定性を容易に確保し、小型化による製造および
組付作業性の低下を防止し、また、製造コストが高くな
るのを防止することができる。さらに、計測流量に応じ
て各寸法の圧電素子を製造する必要がなくなり、超音波
受信器の共通化が可能となって製造コストを低減するこ
とができる。Thus, the piezoelectric element 7a of the ultrasonic receiver 7
Performance stability can be easily ensured, and the reduction in manufacturing and assembling workability due to miniaturization can be prevented, and the increase in manufacturing cost can be prevented. Further, it is not necessary to manufacture the piezoelectric elements of each dimension according to the measured flow rate, so that the ultrasonic receiver can be shared, and the manufacturing cost can be reduced.
【0046】なお、上記第2実施形態の変形例として、
図4に示すように、超音波送受信器6,7の被測流体の
流れ方向の位置はオフセットせず、その取付角度をオフ
セットして配置して互いに正対しないようにすることに
より、超音波のビーム幅をカルマン渦Kの渦ピッチPの
1/2よりも小さくして、領域F2内において単一のカル
マン渦によって変調を受けた超音波を受信することがで
きる。ただし、この場合には、管路4内に、よどみを生
じる凹部23が形成されることになる。As a modification of the second embodiment,
As shown in FIG. 4, the positions of the ultrasonic transmitters / receivers 6 and 7 in the flow direction of the fluid to be measured are not offset, and the mounting angles thereof are offset so that they do not face each other. and less than half the beam width of the vortex pitch P of the Karman vortex K, can receive the ultrasonic waves being modulated by a single Karman vortex in the area F 2. However, in this case, a concave portion 23 that causes stagnation is formed in the pipeline 4.
【0047】[0047]
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1に係る超
音波渦流量計によれば、一対の超音波送受信器うちの少
なくとも一方における圧電素子と振動板との音響接合剤
による接合部分の被測流体の流れ方向の幅を、当該圧電
素子の被測流体の流れ方向の幅よりも小さくしたことに
より、音響接合剤によって、超音波送受信器の圧電素子
の全面が振動板に接合された場合よりも、超音波送信領
域または超音波受信領域のうちの少なくとも一方の被測
流体の流れ方向の幅を小さくすることができる。したが
って、管路を小径化しても、圧電素子を小さくすること
なく超音波のビーム幅を小さくできるため、圧電素子の
性能安定性を容易に確保し、小型化による製造および組
付作業性の低下を防止し、また、製造コストが高くなる
のを防止することができる。さらに、計測流量に応じて
各寸法の圧電素子を製造する必要がなくなり、超音波受
信器の共通化が可能となって製造コストを低減すること
ができる。As described above in detail, according to the ultrasonic eddy flow meter according to the first aspect, at least one of the pair of ultrasonic transceivers is joined to the piezoelectric element and the diaphragm by the acoustic bonding agent. By making the width of the measured fluid in the flow direction smaller than the width of the piezoelectric element in the flow direction of the measured fluid, the entire surface of the piezoelectric element of the ultrasonic transceiver is joined to the diaphragm by the acoustic bonding agent. The width of at least one of the ultrasonic transmission region and the ultrasonic reception region in the flow direction of the fluid to be measured can be smaller than that in the case of the above. Therefore, even if the diameter of the conduit is reduced, the beam width of the ultrasonic wave can be reduced without reducing the size of the piezoelectric element. Can be prevented, and an increase in manufacturing cost can be prevented. Further, it is not necessary to manufacture the piezoelectric elements of each dimension according to the measured flow rate, so that the ultrasonic receiver can be shared, and the manufacturing cost can be reduced.
【0048】請求項2に係る超音波渦流量計によれば、
請求項1の構成において、振動板の圧電素子との音響接
合剤による接合部分の被測流体の流れ方向の幅を、渦発
生体の被測流体の流れ方向と渦発生体軸方向とのそれぞ
れに直交する方向における幅の1/0.56倍以下としたこ
とにより、一対の超音波送受信器の超音波送信領域また
は超音波受信領域のうちの少なくとも一方の被測流体の
流れ方向の幅が、カルマン渦のピッチ(同一方向のカル
マン渦の発生間隔)の1/2、すなわち、単一のカルマ
ン渦のみが存在する幅以下になる。したがって、管路を
小径化しても、圧電素子を小さくすることなく、単一の
カルマン渦のみによる変調を連続的に受けた超音波を受
信して、流量の計測精度を高めることができる。According to the ultrasonic vortex flow meter according to the second aspect,
In the configuration according to claim 1, the width of the portion of the diaphragm to be joined to the piezoelectric element by the acoustic joining agent in the flow direction of the fluid to be measured is set to be different in the flow direction of the fluid to be measured and the axial direction of the vortex generator. The width in the flow direction of at least one of the ultrasonic transmission region and the ultrasonic reception region of the pair of ultrasonic transceivers in the flow direction of It is の of the vortex pitch (the generation interval of Karman vortices in the same direction), that is, less than the width in which only a single Karman vortex exists. Therefore, even if the diameter of the conduit is reduced, it is possible to receive the ultrasonic waves continuously modulated by only a single Karman vortex without reducing the size of the piezoelectric element, thereby improving the flow rate measurement accuracy.
【0049】請求項3に係る超音波渦流量計によれば、
一対の超音波送受信器のうち超音波送信器の超音波送信
領域と超音波受信器の超音波受信領域とのカルマン渦の
発生領域における重なり部分の被測流体の流れ方向の幅
を、超音波送受信器のうちの一方の圧電素子の超音波受
信面の幅よりも小さくなるように、一対の超音波送受信
器が互いにオフセットして配置したことにより、一対の
超音波送受信器を相対向して配置した場合よりも、超音
波送信領域と超音波受信領域との重なり部分の被測流体
の流れ方向の幅が小さくなる。したがって、管路を小径
化しても、圧電素子を小さくすることなく超音波のビー
ム幅を小さくできるため、圧電素子の性能安定性を容易
に確保し、小型化による製造および組付作業性の低下を
防止し、また、製造コストが高くなるのを防止すること
ができる。さらに、計測流量に応じて各寸法の圧電素子
を製造する必要がなくなり、超音波受信器の共通化が可
能となって製造コストを低減することができる。According to the ultrasonic vortex flowmeter according to the third aspect,
The width in the flow direction of the fluid to be measured of the overlapping portion in the Karman vortex generation region between the ultrasonic transmission region of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic reception region of the ultrasonic receiver of the pair of ultrasonic transceivers, The pair of ultrasonic transceivers are offset from each other so as to be smaller than the width of the ultrasonic receiving surface of one of the piezoelectric elements of the transceiver, so that the pair of ultrasonic transceivers face each other. The width of the overlapping portion between the ultrasonic transmission region and the ultrasonic reception region in the flow direction of the fluid to be measured is smaller than that in the case of the arrangement. Therefore, even if the diameter of the conduit is reduced, the beam width of the ultrasonic wave can be reduced without reducing the size of the piezoelectric element. Can be prevented, and an increase in manufacturing cost can be prevented. Further, it is not necessary to manufacture the piezoelectric elements of each dimension according to the measured flow rate, so that the ultrasonic receiver can be shared, and the manufacturing cost can be reduced.
【0050】請求項4に係る超音波渦流量計によれば、
請求項3の構成において、一対の超音波送受信器の圧電
素子の超音波受信面を、それぞれ管路の中心軸に正対
し、かつ、被測流体の流れ方向にオフセットして配置す
ることにより、管路に流れのよどみとなる部分を形成す
ることなく、一対の超音波送受信器を相対向して配置し
た場合よりも、超音波送信領域と超音波受信領域との重
なり部分の被測流体の流れ方向の幅が小さくなる。した
がって、上記請求項3の効果に加え、カルマン渦の発生
を乱すことがなく、流量の計測精度を向上させることが
できる。According to the ultrasonic vortex flowmeter according to the fourth aspect,
In the configuration according to claim 3, the ultrasonic receiving surfaces of the piezoelectric elements of the pair of ultrasonic transceivers are disposed so as to face each other with respect to the central axis of the pipeline and are offset in the flow direction of the fluid to be measured. Without forming a portion that stagnates the flow in the pipeline, the fluid to be measured in the overlapping portion of the ultrasonic transmission region and the ultrasonic reception region is compared with a case where a pair of ultrasonic transceivers are arranged opposite to each other. The width in the flow direction is reduced. Therefore, in addition to the effect of the third aspect, the measurement accuracy of the flow rate can be improved without disturbing the generation of the Karman vortex.
【0051】請求項5に係る超音波渦流量計によれば、
請求項3または4の構成において、一対の超音波送受信
器のうち超音波送信器の超音波送信領域と超音波受信器
の超音波受信領域とのカルマン渦の発生領域における重
なり部分の被測流体の流れ方向の幅を、渦発生体の被測
流体の流れ方向と渦発生体軸方向とのそれぞれに直交す
る方向における幅の1/0.56倍以下となるように設定し
たことにより、超音波送信領域と超音波受信領域との重
なり部分の被測流体の流れ方向の幅が、カルマン渦のピ
ッチ(同一方向のカルマン渦の発生間隔)の1/2、す
なわち、単一のカルマン渦のみが存在する幅以下にな
る。したがって、管路を小径化しても、圧電素子を小さ
くすることなく、単一のカルマン渦のみによる変調を連
続的に受けた超音波を受信して、流量の計測精度を高め
ることができる。According to the ultrasonic vortex flow meter according to the fifth aspect,
5. A fluid to be measured in an overlapping portion in a Karman vortex generation region between an ultrasonic transmission region of an ultrasonic transmitter and an ultrasonic reception region of an ultrasonic receiver among a pair of ultrasonic transceivers according to claim 3 or 4. The width of the vortex generator in the flow direction is set to be 1 / 0.56 times or less the width of the vortex generator in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid to be measured and the vortex generator axial direction, respectively. The width in the flow direction of the fluid to be measured at the overlapping portion between the region and the ultrasonic receiving region is の of the pitch of the Karman vortex (the generation interval of the Karman vortex in the same direction), that is, only a single Karman vortex exists. It becomes less than the width to do. Therefore, even if the diameter of the conduit is reduced, it is possible to receive the ultrasonic waves continuously modulated by only a single Karman vortex without reducing the size of the piezoelectric element, thereby improving the flow rate measurement accuracy.
【図1】本発明の第1実施形態に係る超音波渦流量計の
横縦断面図である。FIG. 1 is a horizontal and vertical sectional view of an ultrasonic vortex flowmeter according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施形態に係る超音波渦流量計の
横縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an ultrasonic vortex flowmeter according to a second embodiment of the present invention.
【図3】図2の装置の位相比較回路の出力波形を示すグ
ラフ図である。FIG. 3 is a graph showing an output waveform of a phase comparison circuit of the device of FIG. 2;
【図4】本発明の第2実施形態の変形例に係る超音波渦
流量計の横縦断面図である。FIG. 4 is a horizontal and vertical sectional view of an ultrasonic vortex flowmeter according to a modification of the second embodiment of the present invention.
【図5】従来の超音波渦流量計の横断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional ultrasonic vortex flowmeter.
【図6】超音波渦流量計の流量測定回路の概略構成を示
すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a flow measurement circuit of the ultrasonic vortex flowmeter.
【図7】超音波渦流量計の超音波信号の受信ビーム幅と
位相比較回路の出力波形との関係を示すグラフ図であ
る。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a reception beam width of an ultrasonic signal of an ultrasonic vortex flowmeter and an output waveform of a phase comparison circuit.
4 管路 5 渦発生体 6 超音波送信器 7 超音波受信器 6a,7a 圧電素子 6b,7b 振動板 18,21 超音波渦流量計 19 接合部 A オフセット d 渦発生体の幅 E カルマン渦の発生領域 K カルマン渦 P カルマン渦のピッチ R1,R2 ビーム幅4 Pipeline 5 Vortex generator 6 Ultrasonic transmitter 7 Ultrasonic receiver 6a, 7a Piezoelectric element 6b, 7b Vibration plate 18,21 Ultrasonic vortex flow meter 19 Joint A offset d Vortex generator width E Karman vortex Generation area K Karman vortex P Karman vortex pitch R 1 , R 2 Beam width
Claims (5)
け、圧電素子と該圧電素子に音響接合剤によって接合さ
れた振動板とからなる一対の超音波送受信器を前記管路
の前記渦発生体によって生成されるカルマン渦の発生領
域をはさむように配設し、 前記超音波送受信器によって検出される前記カルマン渦
の発生周期に基づいて前記被測流体の流量を計測する超
音波渦流量計において、 前記一対の超音波送受信器うちの少なくとも一方におけ
る前記圧電素子と前記振動板との前記音響接合剤による
接合部分の前記被測流体の流れ方向の幅を、当該圧電素
子の前記被測流体の流れ方向の幅よりも小さくしたこと
を特徴とする超音波渦流量計。A vortex generator is provided in a conduit through which a fluid to be measured flows, and a pair of ultrasonic transceivers each including a piezoelectric element and a vibration plate bonded to the piezoelectric element by an acoustic bonding agent are provided in the conduit. An ultrasonic wave that is disposed so as to sandwich a generation region of the Karman vortex generated by the vortex generator, and that measures a flow rate of the fluid to be measured based on a generation period of the Karman vortex detected by the ultrasonic transceiver; In the vortex flowmeter, the width of at least one of the pair of ultrasonic transceivers in the flow direction of the fluid to be measured at a joining portion of the piezoelectric element and the vibration plate with the acoustic bonding agent is set to the width of the piezoelectric element. An ultrasonic vortex flowmeter characterized in that the width is smaller than the width of the fluid to be measured in the flow direction.
剤による接合部分の前記被測流体の流れ方向の幅を、前
記渦発生体の前記被測流体の流れ方向と前記渦発生体軸
方向とのそれぞれに直交する方向における幅の1/0.56
倍以下としたことを特徴とする請求項1に記載の超音波
渦流量計。2. A width of a portion of the diaphragm to be joined with the piezoelectric element by an acoustic bonding agent in a flow direction of the fluid to be measured is determined by a flow direction of the fluid to be measured of the vortex generator and an axis of the vortex generator. 1 / 0.56 of the width in the direction perpendicular to each direction
2. The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 1, wherein the number is not more than twice.
け、圧電素子を有する一対の超音波送受信器を前記管路
の前記渦発生体によって発生するカルマン渦の発生領域
をはさむように配設し、 前記超音波送受信器によって検出される前記カルマン渦
の発生周期基づいて前記被測流体の流量を計測する超音
波渦流量計において、 前記一対の超音波送受信器のうち超音波送信器の超音波
送信領域と超音波受信器の超音波受信領域との前記カル
マン渦の発生領域における重なり部分の前記被測流体の
流れ方向の幅が、前記超音波送受信器のうちの一方の前
記圧電素子の超音波受信面の幅よりも小さくなるよう
に、前記一対の超音波送受信器が互いにオフセットして
配置されていることを特徴とする超音波渦流量計。3. A vortex generator is provided in a conduit through which a fluid to be measured flows, and a pair of ultrasonic transceivers having a piezoelectric element are sandwiched between a generation region of Karman vortices generated by the vortex generator in the conduit. An ultrasonic vortex flowmeter configured to measure a flow rate of the fluid to be measured based on a generation cycle of the Karman vortex detected by the ultrasonic transmitter / receiver; The width in the flow direction of the fluid to be measured of an overlapping portion in the generation region of the Karman vortex between the ultrasonic transmission region of the device and the ultrasonic reception region of the ultrasonic receiver is one of the ultrasonic transceivers. An ultrasonic vortex flowmeter, wherein the pair of ultrasonic transceivers are offset from each other so as to be smaller than the width of the ultrasonic receiving surface of the piezoelectric element.
子の超音波受信面は、それぞれ前記管路の中心軸に正対
し、かつ、前記被測流体の流れ方向にオフセットして配
置されていることを特徴とする請求項3に記載の超音波
渦流量計。4. An ultrasonic receiving surface of the piezoelectric element of the pair of ultrasonic transceivers is disposed so as to face the central axis of the conduit and to be offset in the flow direction of the fluid to be measured. The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 3, wherein
送信器の超音波送信領域と超音波受信器の超音波受信領
域との前記カルマン渦の発生領域における重なり部分の
前記被測流体の流れ方向の幅が、前記渦発生体の前記被
測流体の流れ方向と前記渦発生体軸方向とのそれぞれに
直交する方向における幅の1/0.56倍以下となるように
設定されたことを特徴とする請求項3または4に記載の
超音波渦流量計。5. The measurement target fluid of an overlapping portion in the Karman vortex generation region between the ultrasonic transmission region of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic reception region of the ultrasonic receiver among the pair of ultrasonic transceivers. The width in the flow direction is set to be 1 / 0.56 times or less the width of the vortex generator in a direction perpendicular to the flow direction of the fluid to be measured and the vortex generator axial direction. The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 3 or 4, wherein
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JP2006112960A (en) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Tokiko Techno Kk | Ultrasonic vortex flowmeter |
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