エッジ音の音圧を用いた気体流量測定法

平成 21 年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
講演番号：32
エッジ音の音圧を用いた気体流量測定法
A-11
Measurement Method of Gas Flow Rate Using Sound Pressure of Edge Sound
高橋 太郎†
谷澤 茂
Taro TAKAHASHI† Shigeru TANISAWA
† 日本工業大学大学院 工学研究科
† Graduate School of Engineering，Nippon Institute of Technology
ために、受信電圧の変動幅が大きくなり、線形性が悪
1. はじめに
通常の超音波流量計は位相データから流量を測定し くなったものと考えられる。 差圧値の違いによる特
ているために、時間的に高精度な装置が必要となる。 性変化は僅かであった。
しかし、本研究では音圧データから流量を測定してい 4.まとめ
るので、その必要性はない。 この新しい測定法を検討 平均管内流速は受信電圧にほぼ比例した。 また、一定
した。
圧力値のバイアス気流の供給のためには、供給装置に
2. 測定原理
ある程度の応答時間が必要であった。 その方が、平均
測定管は主管路と副管路で構成されている。 具体的 管内流速と受信電圧の良好な直線性が期待できる。 バ
には、被測定気流を副管路内の発音器のエッジにあて イアス気流供給装置を AC 方式から DC サーボ方式に
て、超音波信号を発生させた。 その受信電圧（音圧） 変更した結果、電源電圧の変動による圧力への影響は
から流量を得ている。 本測定法は、被測定気流の圧力 無視できるようになった。
より一定値だけ高いバイアス気流を予め発音器へ流し 参考文献
ておくことによって、発音器を高感度にしている。 し [1] Kenji Tsuchiya, Shigeru Tanisawa, and Haruo Hirose
かし、測定精度は、バイアス気流の圧力安定度に大き
"Air Flow Rate Measurement Using a Set of Sound
く影響される。 そのため、バイアス気流の圧力値をフ
Radiator and Sound Detector in a Sub-Pipe" The 31st
ィートバック制御して、
安定度を高めた(図 1)。また、
Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics
このバイアス気流供給装置の電源電圧を安定化しやす
Society, SA-P1, pp.2129-2132
いように、交流方式から DC サーボ方式に変更した。
Nov. 2005.
測定管
温度センサ
更に、応答性をかなり速めたバイアス気流供給装置も
主管路の気流
微差圧測定装置
開発し、その諸性能を検討することにした。
DMM
SETRA社
バイアス気流
Model 239
3. 実験結果
使用した発音器の特性を図 2 に示す。 供給した気流
誤差 検 出増 幅 回路
の圧力が、
約 0.2kPa 以上でないと超音波信号は検出で
設定差圧
ドラ イ バ
きなかった。 その特性を改善するために、一定圧力の
小型タンク
バイアス気流を供給した。 結果として、低圧力の流体
◎シロッコファン
◎ＤＣサーボモータ
オリエンタルモーター製
圧力制御器
でも測定可能になった。 一方、測定データの種類・量
BLF46A-A-1
は多く、測定間隔も短いため、パソコンを用いて各種
図 1 バイアス気流供給装置
データを測定・処理するシステムを構築した。 被測定
1.0
イアス気流の圧力値から主管路の気流の圧力値を差引
いた値である。 図 3 では、平均管内流速に比例した特
性は得られたが、線形性は多少悪くなった。 これは、
バイアス気流供給装置の応答性を速めた結果、流速変
動に対する応答特性はかなり良くなったが、バイアス
気流の瞬時圧力の変動はかなり増大した。 その影響の
-32-
平均受信電 圧 [V]
特性を図 3 に示す。 ここで、パラメータの差圧値はバ
平 均 受 信電 圧 [V]
気流の流速(平均管内流速)を変化させた時の受信電圧
10
10
55
0.5
○
差圧0.41kPa
□ 差圧0.45kPa
△ 差圧0.51kPa
00
0
0.0
0
0.2
0.2
0.4
0.4
気 流 の 平 均 圧 力 [kPa]
図 2 発音器の特性
0.6
0.6
0
1.0
2.0
3.0
平均管内流 速 [m/s]
図 3 平均管内流速に
対する受信電圧特性
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