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JPS6410785B2 - - Google Patents
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JPS6410785B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6410785B2
JPS6410785B2 JP57077808A JP7780882A JPS6410785B2 JP S6410785 B2 JPS6410785 B2 JP S6410785B2 JP 57077808 A JP57077808 A JP 57077808A JP 7780882 A JP7780882 A JP 7780882A JP S6410785 B2 JPS6410785 B2 JP S6410785B2
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JP
Japan
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measurement
ion
ion concentration
electrode
fluid
Prior art date
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JP57077808A
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Japanese (ja)
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JPS58195158A (en
Inventor
Yoshio Kano
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Taisei Kiso Sekkei Co Ltd
Original Assignee
Taisei Kiso Sekkei Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6410785B2 publication Critical patent/JPS6410785B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/005Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by using a jet directed into the fluid
    • G01P5/006Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by using a jet directed into the fluid the jet used is composed of ionised or radioactive particles

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明は、流体の流速測定方法およびその装置
に係り、とくに微小な動きを示す地下水・港湾・
河川の実物または模型の動態の測定に好適な流体
の流速測定方法およびその装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field to which the invention pertains] The present invention relates to a method and device for measuring the flow velocity of fluid, and in particular to groundwater, ports, etc. that exhibit minute movements.
The present invention relates to a fluid flow velocity measurement method and device suitable for measuring the dynamics of an actual or model river.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

近年、凍結工法採用の可否の判断や、地下水・
河川等の汚染の調査等を行う上で流速・流向を正
確に測定することが重要な課題とされている。
In recent years, decisions have been made as to whether or not to adopt freezing construction methods, and
Accurately measuring flow velocity and direction is an important issue when conducting surveys of pollution in rivers, etc.

しかしながら、従来から一般に利用されていう
トレーサ法は、地下水調査にあつてはボーリング
孔を多数掘削しなければならず調査費用が極めて
高く、地下水の流速が遅いと測定に長時間を要す
るとともに測定誤差を生じるという不都合があつ
た。
However, the conventionally commonly used tracer method requires drilling a large number of boreholes for groundwater investigation, which is extremely expensive, and if the flow rate of groundwater is slow, it takes a long time to measure and causes measurement errors. There was an inconvenience caused by this.

また、上記従来技術の欠点を改善したプロペラ
式流速計に於いても、流速が毎秒1〔cm〕以下の
微小流速域の流速測定は不可能でありラジオアイ
ソトープによる放射線のトレース或いはレーザや
超音波のドツプラー効果を用いた測定手段では装
置が高価で大型となり、又、安全性の問題や特殊
な資格を要するなど地下水・河川等の流速測定に
は適さないという欠点があつた。
Furthermore, even with a propeller-type current meter that has improved the drawbacks of the prior art described above, it is impossible to measure the flow velocity in a minute flow velocity region of 1 [cm] per second or less. Measurement means using the Doppler effect have disadvantages in that the equipment is expensive and large, and is not suitable for measuring flow velocity in groundwater, rivers, etc. due to safety issues and the need for special qualifications.

これに対し、近時において発明者らは、すでに
電気パルスを用いてイオン層を測定電極の周囲に
環状に発生せしめて流動水の流速及び流向を測定
する方法を提案している。
In contrast, the inventors have recently proposed a method for measuring the flow velocity and flow direction of flowing water by generating an annular ion layer around a measurement electrode using electric pulses.

しかしながら、かかるイオン発生法によるもの
にあつては、発生したイオン層のピークが測定電
極に到達するのに多くの時間が掛かることから、
その間に生じるイオン層の拡散もあつて測定感度
が低く、ピーク値がとらえにくいという事態が生
じていた。
However, with such ion generation methods, it takes a long time for the peak of the generated ion layer to reach the measurement electrode.
Due to the diffusion of the ion layer that occurs during this period, measurement sensitivity is low, making it difficult to detect peak values.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、比較的迅速に流体の流速を測定するこ
とのできる全方位型の流体の流速測定方法および
その装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an omnidirectional fluid flow rate measuring method and apparatus that can improve the disadvantages of the conventional method and measure the fluid flow rate relatively quickly.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで、本発明では、被測定流体中の同一箇所
に測定電極部とイオン発生電極部とを配設し、そ
の後、イオン発生電極部に所定のパルス電圧を印
加して測定領域に予め定めた測定開始レベルのイ
オン濃度から成るイオン層を形成する。その後、
イオン発生電極部に対するパルス電圧の印加を停
止せしめるとともに、イオン濃度の減少の度合の
測定を開始し、そのレベル変化に応じて流体の流
動速度を特定する、等の構成を採つている。これ
によつて前述した目的を達成しようとするもので
ある。
Therefore, in the present invention, a measurement electrode section and an ion generation electrode section are arranged at the same location in the fluid to be measured, and then a predetermined pulse voltage is applied to the ion generation electrode section to perform a predetermined measurement in the measurement area. An ionic layer consisting of a starting level of ion concentration is formed. after that,
A configuration is adopted in which the application of pulse voltage to the ion generating electrode section is stopped, measurement of the degree of decrease in ion concentration is started, and the flow rate of the fluid is specified in accordance with the level change. This aims to achieve the above-mentioned purpose.

〔発明の第1実施例〕 以下、本発明の第1実施例を第1図乃至第9図
に基づいて説明する。
[First Embodiment of the Invention] Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1 to 9.

まず最初に、本発明の背景をなす流速測定の測
定原理について説明する。
First, the measurement principle of flow rate measurement, which forms the background of the present invention, will be explained.

流速を測定するために、流体中に局所的にイオ
ン塊を発生させると、そのイオン濃度と流体中の
平均イオン濃度との間に濃度差が生じ、このため
拡散が起る。
When ion masses are generated locally in a fluid to measure flow velocity, a concentration difference occurs between the ion concentration and the average ion concentration in the fluid, which causes diffusion.

拡散にあずかる物質の濃度勾配が時間とともに
変化する場合、その拡散は非定常の拡散となり、
次式を満足する。
When the concentration gradient of a substance participating in diffusion changes over time, the diffusion becomes unsteady diffusion.
The following formula is satisfied.

∂c/∂t=D∂2c/∂x2 … ここで、cは拡散にあずかる物質の濃度であ
り、Dは拡散計数、tは時間、xは変位である。
∂c/∂t=D∂ 2 c/∂x 2 …where c is the concentration of the substance participating in the diffusion, D is the diffusion coefficient, t is the time, and x is the displacement.

この式を解くために、初期条件として、時間
t=0のときの濃度c(0,x)が変位xの関数
f(x)、即ち、 初期条件 f(x)=C0(−h/2≦x≦h/2) f(x)=0(x<−h/2,h/2<x)… の矩形関数で与えられる場合を考える。
In order to solve this equation, as an initial condition, the concentration c(0 , x) at time t=0 is a function f(x) of the displacement 2≦x≦h/2) f(x)=0(x<-h/2, h/2<x)... Consider the case given by a rectangular function.

このとき変位xでの濃度c(t,x)は式を
解いて 但し、A=−(x−α)2/4Dt となる。
At this time, the concentration c(t, x) at displacement x can be calculated by solving the equation: However, A=-(x-α) 2 /4Dt.

ここでh→0、すなわち微小区間に集中してい
るとして初期条件をデルタ関数で与えると、 c0h=Qとして 但し、B=−x2/4Dt となる。
Here, assuming that h→0, that is, concentrated in a small interval, and giving the initial condition as a delta function, c 0 h=Q, However, B=-x 2 /4Dt.

式は、初期条件がt=0のとき、x=0平面
に濃度Qで与えられたときの、時間t及び変位x
における濃度を表わす。
The formula is, when the initial condition is t=0, the time t and the displacement x when given by the concentration Q on the x=0 plane.
represents the concentration at

次に流動系での拡散、すなわち、イオン粒子自
体が流体中で流速に伴う速度をもつて移動する場
合の拡散を考える。
Next, we will consider diffusion in a fluid system, that is, diffusion in which ion particles themselves move in a fluid with a velocity that corresponds to the flow velocity.

いま、流速をuとする。式の初期条件を与え
た場合、t=0,x=0で与えられたイオン濃度
は、第1図に示すようにt=t1では拡散が起こ
り、変位に対するイオン濃度の分布は平均化さ
れ、ピーク値が減少する。このイオン濃度がピー
クとなる変位は、イオン塊の移動距離「u・t1
に等しい。すなわち、流動系での拡散は、静止系
において、初期濃度投入面(x=0平面)が流速
とともに移動することに等しいことがわかる。こ
のとき、流動系での変位x1は静止系での変位「x1
−u・t1」に変換される。これより流動系におけ
る、変位x、時間tでのイオン濃度は、次式で与
えられる。
Now let the flow velocity be u. When the initial conditions of the equation are given, the ion concentration given at t = 0, x = 0 will be diffused at t = t 1 , as shown in Figure 1, and the distribution of ion concentration with respect to displacement will be averaged. , the peak value decreases. The displacement at which this ion concentration peaks is the moving distance of the ion mass ``u・t 1 ''
be equivalent to. That is, it can be seen that diffusion in a fluid system is equivalent to the initial concentration input plane (x=0 plane) moving with the flow velocity in a stationary system. At this time, the displacement x 1 in the fluid system is the displacement x 1 in the stationary system
−u・t 1 ”. From this, the ion concentration at displacement x and time t in the fluid system is given by the following equation.

但し、E=−(x−ut)2/4Dt 第2図に、xを固定したときの、速度uをパラ
メータにしたイオン濃度C(t,x)と時刻tの
関係を示す。この図から、速度の減少に伴つて、
イオン濃度がピークに達する時刻が遅延し、それ
に伴いピーク値が減少する傾向にあることがわか
る。即ち、イオン濃度分布が平均化され感度低下
を生じてしまうことになる。
However, E=-(x-ut) 2 /4Dt FIG. 2 shows the relationship between ion concentration C(t, x) and time t when x is fixed and velocity u is used as a parameter. From this figure, as the speed decreases,
It can be seen that the time when the ion concentration reaches its peak is delayed, and the peak value tends to decrease accordingly. That is, the ion concentration distribution is averaged, resulting in a decrease in sensitivity.

また、同図には拡散現象が生じない場合の、変
位xにイオンが到達する時刻「t=x/u」を、
↓で示してある。このことから、拡散現象が生じ
ると、濃度がピークに達する時刻は、拡散現象が
生じない場合よりも速まる傾向にあることがわか
る。これがため、測定時間に誤差を生ずる。
In addition, the figure also shows the time ``t=x/u'' at which the ion reaches the displacement x when no diffusion phenomenon occurs.
It is shown below. This shows that when a diffusion phenomenon occurs, the time at which the concentration reaches its peak tends to be earlier than when the diffusion phenomenon does not occur. This causes an error in the measurement time.

この欠点をなくすため、本発明ではイオン濃度
測定点をイオン塊発生点に設定するという手法を
採用している。
In order to eliminate this drawback, the present invention adopts a method of setting the ion concentration measurement point at the ion mass generation point.

この場合は、式にx=0を代入することによ
り、イオン濃度C(t,0)は次式となる。
In this case, by substituting x=0 into the equation, the ion concentration C(t,0) becomes the following equation.

但し、G=−u2t/4D 第3図に速度uをパラメータにした場合の、時
刻tとイオン濃度C(t,0)の関係を示す。図
より、速度uの増大に伴い、イオン濃度の減少速
度が増大する傾向にあることがわかる。またイオ
ン濃度は、時刻tに対して単調減少であり、従つ
てイオン濃度測定、時間測定のどちらの測定も行
うことができるようになつている。
However, G=-u 2 t/4D FIG. 3 shows the relationship between time t and ion concentration C(t,0) when speed u is used as a parameter. From the figure, it can be seen that as the speed u increases, the rate of decrease in ion concentration tends to increase. Further, the ion concentration monotonically decreases with respect to time t, so that both ion concentration measurement and time measurement can be performed.

式より流速uを求めると、次式となる。 When the flow velocity u is determined from the formula, the following formula is obtained.

式から式中のQ及び、C又はtの一方の値を
予め設定しておけば、イオン濃度がCに達するま
での時間、又は、時刻t経過後におけるイオン濃
度を測定することにより流速uが求められること
がわかる。即ち、イオン濃度の変化速度が流速u
と相関する。
If the value of Q and one of C and t in the formula is set in advance from the formula, the flow velocity u can be determined by measuring the time until the ion concentration reaches C or by measuring the ion concentration after time t has elapsed. Understand what is required. That is, the rate of change in ion concentration is equal to the flow rate u
Correlates with

次に、上記測定原理に基づき構成された流体の
流速測定装置の一実施例を第4図乃至第9図に従
つて説明する。
Next, an embodiment of a fluid flow rate measuring device constructed based on the above measurement principle will be described with reference to FIGS. 4 to 9.

第4図は、流速測定装置を用いて実際に測定を
行つている場合の一例を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of actual measurement using a flow rate measuring device.

この第4図において、1は地盤E内を地表から
所定深さの地下水層(砂層、礫層など)内まで掘
削された測定用のボーリング孔である。このボー
リング孔1内に、ボーリングロツド2を介して吊
持された測定用プローブ(以下、単位「プロー
ブ」という)3が試験深度まで降下挿入されてい
る。地盤E内の前記地下水層には、図の矢印Fで
示す地下水の流れがあり、これがため地下水面以
下の前記ボーリング孔1内に地下水Wが湧出し、
この地下水Wの中にプローブ3が浸潰される。プ
ローブ3は、ボーリングロツド2内に延設された
ケーブル5によつて、外部の計測機等(図示せ
ず)と電気的に接続されており、これにより、地
下水の流速測定及び記録が行われるようになつて
いる。
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a measurement borehole drilled in the ground E from the ground surface to a predetermined depth into the groundwater layer (sand layer, gravel layer, etc.). A measurement probe (hereinafter referred to as a "probe") 3 suspended via a boring rod 2 is inserted into the borehole 1 down to the test depth. In the groundwater layer in the ground E, there is a flow of groundwater as shown by the arrow F in the figure, so that groundwater W gushes out into the borehole 1 below the groundwater level.
The probe 3 is submerged in this groundwater W. The probe 3 is electrically connected to an external measuring device (not shown) by a cable 5 extending inside the boring rod 2, and thereby the groundwater flow velocity can be measured and recorded. It is becoming more and more popular.

第5図は、前述したプローブ3の構成を具体的
に示したもので、このプローブ3は、ロツド2に
着脱自在に螺合された円筒状のプローブ本体6
と、このプローブ本体6の下側開口端に装着した
円盤形のヘツド7と、このヘツド7より所定間隔
おいて下方に配置された底盤8とを有している。
ヘツド7は、4本の支柱9の上端部にてプローブ
本体6の下端にねじ止めされ、これにより該プロ
ーブ本体6に密閉装着されている。また、支柱9
の下端部に底盤8がナツト10で固定されること
で、ヘツド7と底盤8との間に所定の空間(観測
部)11が形成され、この観測部11内に地下水
が流入し得るように成つている。
FIG. 5 specifically shows the configuration of the probe 3 described above, which has a cylindrical probe body 6 that is detachably screwed onto the rod 2.
The probe body 6 has a disk-shaped head 7 attached to the lower open end of the probe body 6, and a bottom plate 8 disposed below the head 7 at a predetermined distance.
The head 7 is screwed to the lower end of the probe body 6 at the upper ends of the four struts 9, thereby being hermetically attached to the probe body 6. Also, pillar 9
By fixing the bottom plate 8 to the lower end of the head with nuts 10, a predetermined space (observation part) 11 is formed between the head 7 and the bottom plate 8, and groundwater can flow into this observation part 11. It is completed.

ヘツド7は絶縁材で形成されている。このヘツ
ド7の中心に測定用の電極棒20が値設固定され
ている。ヘツド7の上面側のプローブ本体6内に
は後述する流速測定用の電気回路を備えた基板
(図示せず)が設けられており、また、この基板
にケーブル5が接続されて所定の配線が行われる
ように成つている。底盤8は、プローブ3全体を
ボーリング孔1内で降下させる際、誤つて該プロ
ーブ3を孔底に衝突させた場合でも電極棒20が
破損しないようにし、また、観測部11内の地下
水の流れを安全にする等の機能を果たすものであ
る。
The head 7 is made of an insulating material. An electrode rod 20 for measurement is set and fixed at the center of this head 7. A board (not shown) equipped with an electric circuit for measuring flow velocity, which will be described later, is provided inside the probe body 6 on the top side of the head 7, and a cable 5 is connected to this board for predetermined wiring. It is designed to be done. The bottom plate 8 prevents the electrode rod 20 from being damaged even if the probe 3 accidentally collides with the bottom of the borehole when lowering the entire probe 3 into the borehole 1, and also prevents the flow of groundwater in the observation section 11. It performs functions such as making safety.

ヘツド7の周端部と底盤8の周端部との間に
は、筒状の金網12が配設されている。この金網
12は、ボーリング孔1の孔側壁の崩れ等によ
り、観測部11内へ異物が侵入するのを防ぐとと
もに電極棒20を電気的にシールドして地電流等
による外来雑音の影響を除去するためのものであ
る。
A cylindrical wire mesh 12 is disposed between the peripheral end of the head 7 and the peripheral end of the bottom plate 8. This wire mesh 12 prevents foreign matter from entering the observation section 11 due to collapse of the side wall of the borehole 1, etc., and also electrically shields the electrode rod 20 to eliminate the influence of external noise due to earth currents, etc. It is for.

電極棒20は、第6図に示す如くヘツド7を貫
通して下方に突出された絶縁部材から成る棒状の
電極棒本体22と、この電極棒本体22の下端部
に順次所定間隔おいて同軸上に配設されたイオン
濃度測定用電極としての円環状の第1電極23乃
至第4電極26と、これらの第1電極23乃至第
4電極26を挟んで第1電極23の上方及び第4
電極26の下方に各々装備されたイオン形成手段
としての第1及び第2のイオン発生用電極30,
31とにより構成されている。
As shown in FIG. 6, the electrode rod 20 includes a rod-shaped electrode rod main body 22 made of an insulating member that penetrates the head 7 and protrudes downward, and a lower end portion of the electrode rod main body 22 that is arranged coaxially at predetermined intervals. Annular first electrodes 23 to 4th electrodes 26 as ion concentration measurement electrodes disposed in
First and second ion generation electrodes 30 as ion formation means each provided below the electrode 26;
31.

第1イオン発生用電極30は、比較的幅広な円
環状に形成されたアース電極であり、これに対し
第2イオン発生用電極31は電極棒本体22の下
端に固着されるとともに薄肉円板状に形成された
パルス印加用の+側電極で、これらの第1、第2
イオン発生用電極30,31並びに第1〜第4電
極23〜26とが全て上下方向に沿つて同軸上
に、かつ、略同一点に配されることにより、第6
図の水平面内に於いて無指向性の流速測定を行え
る用になつている。
The first ion generation electrode 30 is a ground electrode formed in a relatively wide annular shape, whereas the second ion generation electrode 31 is fixed to the lower end of the electrode rod body 22 and has a thin disk shape. These first and second
By arranging the ion generation electrodes 30, 31 and the first to fourth electrodes 23 to 26 on the same axis along the vertical direction and at approximately the same point, the sixth
It is designed to allow non-directional flow velocity measurements in the horizontal plane of the figure.

電極棒本体22のヘツド7の下端面には位置決
め用のツバ27が設けられ、このツバ27とヘツ
ド7との間に介装した〇リング28によつて両者
間が密閉されるようになつている。
A positioning collar 27 is provided on the lower end surface of the head 7 of the electrode body 22, and a ring 28 interposed between the collar 27 and the head 7 seals the space between the two. There is.

この電極棒本体22の上端は、第5図に示す如
くナツト21でヘツドの上端面に固定されるよう
になつている。そして、第1〜第4電極23〜2
6及び第1、第2イオン発生用電極30,31
は、当該電極棒本体22内に穿設された配線用孔
32を通してリード線により基板と接続されるよ
うに成つている。
The upper end of this electrode rod body 22 is fixed to the upper end surface of the head with a nut 21, as shown in FIG. And the first to fourth electrodes 23 to 2
6 and first and second ion generation electrodes 30, 31
is configured to be connected to the substrate by a lead wire through a wiring hole 32 bored in the electrode rod main body 22.

このように構成された電極棒20の内、第1、
第2のイオン発生用電極30,31は、外部から
印加されるパルス電圧に基づき、第1〜第4電極
23〜26を中心として局所的にイオン層(塊)
を形成するためのものである。
Of the electrode rods 20 configured in this way, the first,
The second ion generation electrodes 30 and 31 form an ion layer (lump) locally around the first to fourth electrodes 23 to 26 based on a pulse voltage applied from the outside.
It is intended to form a

一方、第1〜第4電極23〜26は、このイオ
ン層の流速に伴う移動(拡散を含む)によつて生
じるイオン濃度の変化を測定するものであるが、
イオン濃度と導電率との間に比例関係があるとこ
ろから、当該第1〜第4電極23〜26は、液体
の導電率測定方法の一つである所謂四電極法を構
成する。即ち第1及び第4電極23,26が電流
電極の機能を有し、第2及び第3電極24,25
が電圧検出用の電圧電極としての機能を有し、こ
れらが1組の測定電極群を形成するようになつて
いる。一般に、被測定物の導電率(即ちイオン濃
度)は、被測定物に印加する電圧及び電流の関係
から求められるが、液体に電流を通ずると電極反
応を起こして徐々に電流が流れにくくなり、測定
誤差を生ずる。四電極法は、一対の電圧電極間に
かかる電圧が常に一定となるように、一対の電流
電極に印加される電圧を調整し、これにより上記
測定誤差を排除せしめるものである。
On the other hand, the first to fourth electrodes 23 to 26 measure changes in ion concentration caused by movement (including diffusion) of this ion layer with the flow rate.
Since there is a proportional relationship between ion concentration and electrical conductivity, the first to fourth electrodes 23 to 26 constitute the so-called four-electrode method, which is one of the methods for measuring the electrical conductivity of a liquid. That is, the first and fourth electrodes 23 and 26 have the function of current electrodes, and the second and third electrodes 24 and 25
have a function as a voltage electrode for voltage detection, and these form a set of measurement electrodes. Generally, the electrical conductivity (i.e., ion concentration) of a measured object is determined from the relationship between the voltage and current applied to the measured object, but when a current is passed through a liquid, an electrode reaction occurs and the current gradually becomes difficult to flow. This will cause measurement errors. The four-electrode method adjusts the voltage applied to a pair of current electrodes so that the voltage applied between a pair of voltage electrodes is always constant, thereby eliminating the above measurement error.

次に、前述した電極群20の駆動及び測定を行
う電気的構成を第7図に従つて説明する。第1,
2イオン発生用電極30,31には、パルス発生
部35が接続されている。このパルス発生部35
は、所定レベルの単一パルスを短時間出力する機
能を有している。この単一パルスが第1、第2イ
オン発生用電極30,31に印加されると、第1
〜第4電極23〜26近傍に短時間に局所的なイ
オン層(OH等)が形成される。このイオン層の
形成で、第1〜第4電極23〜26近傍のイオン
濃度が所定レベルまで上昇する。この第1〜第4
電極23〜26には、イオン濃度検出回路40が
接続されている。
Next, the electrical configuration for driving and measuring the electrode group 20 described above will be explained with reference to FIG. 1st,
A pulse generator 35 is connected to the two ion generation electrodes 30 and 31. This pulse generator 35
has the function of outputting a single pulse at a predetermined level for a short period of time. When this single pulse is applied to the first and second ion generation electrodes 30 and 31, the first
- A local ion layer (OH etc.) is formed in the vicinity of the fourth electrodes 23 to 26 in a short time. By forming this ion layer, the ion concentration near the first to fourth electrodes 23 to 26 increases to a predetermined level. This 1st to 4th
An ion concentration detection circuit 40 is connected to the electrodes 23-26.

これを更に詳述すると、第1および第4電極2
3および26には、交流電源41より電圧制御部
42を介して所定の電圧が印加され、電極棒20
周囲の液体を通電せしめるように成つている。ま
た、第2および第3電極24および25間の電圧
(電極棒20周囲が通電されたとき生ずる電圧)
は、増幅器43を介して電圧制御部42へ送られ
るようになつている。この電圧制御部42は、増
幅器43から入力される検出電圧が常に一定とな
るように第1および第4の電極間に印加する電圧
を制御するものである。電圧制御部42と第4電
極26との間には電流測定用の抵抗Rが直列に挿
入されており、この抵抗Rを流れる電流が両端間
の電圧に変換され、増幅回路44及び整流回路4
5を介して出力されるようになつている。
To explain this in more detail, the first and fourth electrodes 2
3 and 26, a predetermined voltage is applied from the AC power supply 41 via the voltage control section 42, and the electrode rod 20
It is designed to energize the surrounding liquid. Also, the voltage between the second and third electrodes 24 and 25 (the voltage that occurs when the area around the electrode rod 20 is energized)
is sent to the voltage control section 42 via an amplifier 43. This voltage control section 42 controls the voltage applied between the first and fourth electrodes so that the detected voltage input from the amplifier 43 is always constant. A resistor R for current measurement is inserted in series between the voltage control section 42 and the fourth electrode 26, and the current flowing through this resistor R is converted into a voltage between both ends, and the amplifier circuit 44 and the rectifier circuit 4
It is designed to be output via 5.

従つて、抵抗Rを流れる電流Iと電圧電極2
4,25間の電圧Vとにより液体の導電率即ちイ
オン濃度Cが求まる。この場合、Vが一定である
ため、電流Iの変化がイオン濃度の変化を直接測
定することができる。このイオン濃度検出回路4
0の出力は、比較回路47へ送出されるようにな
つている。
Therefore, the current I flowing through the resistor R and the voltage electrode 2
The electrical conductivity of the liquid, that is, the ion concentration C, is determined by the voltage V between 4 and 25. In this case, since V is constant, changes in current I can directly measure changes in ion concentration. This ion concentration detection circuit 4
The output of 0 is sent to a comparison circuit 47.

この比較回路47には、予め別に装備した基準
濃度設定回路48からマニユアル操作で所定のイ
オン濃度信号が入力されるようになつている。こ
の比較回路47は、前述した第1〜第4の電極2
3〜26の周囲にイオン層が形成され、その濃度
が測定開始レベルに達した後に測定が開始され、
測定終了用の基準濃度に降下した場合に、直ちに
一致信号を出力する機能を有している。この一致
信号はタイマ50へ出力される。
A predetermined ion concentration signal is input to this comparison circuit 47 by manual operation from a reference concentration setting circuit 48 that is separately provided in advance. This comparison circuit 47 connects the first to fourth electrodes 2 described above.
An ion layer is formed around 3 to 26, and the measurement is started after the concentration reaches the measurement start level,
It has a function to immediately output a coincidence signal when the concentration drops to the reference concentration for ending the measurement. This coincidence signal is output to timer 50.

このタイマ50には、別にパルス発生部35か
らパルス出力終了信号が入力されるように成つて
いる。このため、パルス発生部35がパルス出力
を終了した時点(即ち測定開始レベルのイオン層
形成時点)から比較回路47より一致信号が出力
されるまでに掛かる時間、即ち測定終了用の基準
濃度まで変化するに要する時間をタイマ50が計
時するようになつている。そして、前述した式
より、予めイオン層形成時のQを測定又は算定し
ておけば、基準濃度設定回路48での設定値及び
タイマ50の計時時間に基づき、流速を求めるこ
とができる。
The timer 50 is configured to receive a pulse output end signal from the pulse generator 35 separately. Therefore, the time required from the time when the pulse generator 35 finishes outputting pulses (i.e., the time when the ion layer is formed at the measurement start level) until the comparison circuit 47 outputs a matching signal, that is, the concentration changes to the reference concentration for ending the measurement. A timer 50 measures the time required to do so. If the Q at the time of ion layer formation is measured or calculated in advance from the above-mentioned formula, the flow velocity can be determined based on the set value in the reference concentration setting circuit 48 and the time measured by the timer 50.

第8図は上記測定方法で求めた流速とタイマ5
0の計時時間との関係の一例を、理論値と比較し
て示すものである。また、第9図は絶対流速(実
際の流速)と測定流速との関係を示すものであ
る。
Figure 8 shows the flow velocity determined by the above measurement method and timer 5.
An example of the relationship between 0 and the measured time is shown in comparison with a theoretical value. Moreover, FIG. 9 shows the relationship between absolute flow velocity (actual flow velocity) and measured flow velocity.

この第1実施例によれば、流体中にイオン塊を
形成し流体の流れに伴う濃度変化を検出して流速
測定を行うので、簡単な構成により単一の測定点
で極めて微小な流速測定をなすことができるとと
もに、イオン塊発生点と測定点とを同一としたの
で、測定誤差が少なく正確な測定を行うことがで
きる。またイオン発生電極・測定電極が水平面内
で対象に配置されているため、無指向性の測定が
可能となり、更に、一度装置を設置すれば単にイ
オン発生電極にパルスを印加するだけでくり返し
半永久的に測定を行うことができるという利点が
ある。
According to this first embodiment, the flow velocity is measured by forming ion masses in the fluid and detecting the concentration changes accompanying the flow of the fluid, so the extremely small flow velocity can be measured at a single measurement point with a simple configuration. In addition, since the ion mass generation point and the measurement point are the same, accurate measurement can be performed with less measurement error. In addition, since the ion generation electrode and measurement electrode are arranged symmetrically in the horizontal plane, omnidirectional measurement is possible, and once the device is installed, it can be repeated semi-permanently by simply applying pulses to the ion generation electrode. It has the advantage of being able to perform measurements.

尚、上記実施例においては、測定終了用の基準
濃度に達する時間を検出し流速を求める場合につ
き説明したが、イオン発生より所定時間経過後の
イオン濃度を検出して流速を求めてもよく、更
に、イオン塊形成後の濃度変化をプロツター等で
連続的に記録して流速を測つてもよい。また、観
測部内に予め測定対象地盤と略同一の土質性状を
有する粒状物(例えば被測定対象地盤から採取し
た砂等)を充填して観測部周りを埋設すれば、前
述した流速測定と同様の測定方法に基づいてより
正確な流速測定を行うことができる。
In the above embodiment, the flow rate is determined by detecting the time when the reference concentration for completing the measurement is reached, but the flow rate may also be determined by detecting the ion concentration after a predetermined time has elapsed since ion generation. Furthermore, the flow rate may be measured by continuously recording the concentration change after the formation of the ion mass using a plotter or the like. In addition, if the observation section is filled with granular material having almost the same soil properties as the ground to be measured (for example, sand collected from the ground to be measured) and buried around the observation section, the same flow rate measurement as described above can be achieved. More accurate flow rate measurements can be made based on the measurement method.

〔第2実施例〕 次に、第2実施例を第10図及び第11図に基
づいて説明する。この第2実施例に於いては、測
定用プローブは、前述したボーリングロツド2の
下端に着脱自在に螺合された略円柱状の連結部材
61と、この連結部材61の底面61Aに植設固
定された測定電極棒60とから構成されている。
この測定電極棒60は、絶縁部材から成る棒状の
電極支持棒62と、この電極支持62の下端部に
順次所定間隔をおいて同軸上に配設された円環状
のアース電極64、絶縁筒63、測定電極65、
絶縁筒、及び先端に円錐部66Aを有するイオン
発生用電極66とにより構成されている。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described based on FIGS. 10 and 11. In this second embodiment, the measurement probe includes a substantially cylindrical connecting member 61 that is removably screwed to the lower end of the boring rod 2 described above, and a connecting member 61 that is implanted in the bottom surface 61A of the connecting member 61. It consists of a fixed measuring electrode rod 60.
This measurement electrode rod 60 includes a rod-shaped electrode support rod 62 made of an insulating material, an annular ground electrode 64 and an insulating tube 63 disposed coaxially at the lower end of the electrode support 62 at a predetermined interval. , measurement electrode 65,
It is composed of an insulating cylinder and an ion generating electrode 66 having a conical portion 66A at the tip.

イオン発生用電極66は、該イオン発生用電極
66とアース電極64との間に印加されるパルス
電圧によつて局所的なイオン層を生ぜしめるため
のものである。測定電極65は、アース電極64
と組をなしてイオン濃度、即ち液体中の導電率測
定を行うためのものである。
The ion generation electrode 66 is used to generate a local ion layer by a pulse voltage applied between the ion generation electrode 66 and the earth electrode 64. The measurement electrode 65 is the earth electrode 64
This is used to measure ion concentration, that is, conductivity in a liquid.

連結部材61の外周側面には、水平方向に放射
状に突出したフイン70,70……が装備されて
おり、このフイン70,70……部分を埋め戻す
ことにより、測定用プローブ60部分船体を回転
不能に固定できるようになつている。80は、電
極棒62の各電極を外部機器へ接続するためのケ
ーブルである。
The outer peripheral side of the connecting member 61 is equipped with fins 70, 70, which protrude radially in the horizontal direction, and by backfilling the fins 70, 70,..., the measuring probe 60 partial hull can be rotated. It is designed to be fixed in place. 80 is a cable for connecting each electrode of the electrode rod 62 to an external device.

このように構成されたプローブは、まずボーリ
ングロツド2を介してボーリング孔1内に降下さ
れ、次に孔底壁に向かつて押下される。このとき
測定電極棒60部分が地盤内へさしこまれる(第
10図参照)。次に、孔底壁上に残つた連結部材
61の周囲を砂材料等で第10図の2点鎖線Aで
示す如く埋め戻してプローブ全体を回転不能に固
定したのち、該プローブからボーリングロツド2
を取り外し、さらにボーリング孔1内全体を地上
まで埋め戻す。この作業により、プローブ部分は
完全に地盤の被測定対象層内に埋設された状態と
なり、実際の地下水の流れを正確に測定すること
が可能となる。
The probe constructed in this way is first lowered into the borehole 1 via the boring rod 2, and then pushed down toward the bottom wall of the borehole. At this time, the measuring electrode rod 60 portion is inserted into the ground (see FIG. 10). Next, the area around the connecting member 61 remaining on the bottom wall of the hole is backfilled with sand or the like as shown by the two-dot chain line A in FIG. 10 to fix the entire probe non-rotatably. 2
is removed, and the entire inside of the borehole 1 is backfilled to the ground level. Through this work, the probe part is completely buried within the layer to be measured in the ground, making it possible to accurately measure the actual flow of groundwater.

第11図は、上記第2実施例におけるイオン濃
度測定回路を示す説明図である。このイオン濃度
測定回路90は、図に示すように3つの固定抵抗
R1〜R3と、前記測定電極65とアース電極64
との間の液体抵抗である可変抵抗RXとをブリツ
ジ接続し、固定抵抗R1,R3間の端子Sとアース
電極64との間に測定の交流電圧を印加するとと
もに、測定電極65と固定抵抗R1,R2間の端子
Pとの間の電圧Vを測定し、可変抵抗RX即ち液
体の導電率変化を測定するものである。このよう
に測定回路90を構成することにより、イオン発
生用電極66で測定電極65、アース電極64間
近傍に局所的に形成されるイオン層が地下水の流
れとともに濃度変化する様子を、測定電圧Vの変
化としてとらえることができる。そして、この濃
度変化に対し、第1実施例と略同様の算定を行え
ば地下水の流速を求めることができる。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the ion concentration measuring circuit in the second embodiment. This ion concentration measurement circuit 90 consists of three fixed resistors as shown in the figure.
R 1 to R 3 , the measurement electrode 65 and the ground electrode 64
A variable resistance RX , which is a liquid resistance, is bridge - connected to The voltage V between the resistors R 1 and R 2 and the terminal P is measured to measure the variable resistor RX, that is, the change in conductivity of the liquid. By configuring the measurement circuit 90 in this way, the concentration change of the ion layer formed locally between the measurement electrode 65 and the ground electrode 64 at the ion generation electrode 66 with the flow of groundwater can be detected using the measurement voltage V. This can be seen as a change in Then, by performing calculations substantially similar to those in the first embodiment for this concentration change, the flow velocity of groundwater can be determined.

この第2実施例によればプローブ及び測定回路
を極めて簡単に構成でき、従つて装置全体の小型
化を図ることができるとともに、実際の地下水の
流速を長期的に精度よく測定することが可能とな
る。
According to this second embodiment, the probe and measurement circuit can be configured extremely easily, and the entire device can therefore be miniaturized, and the actual groundwater flow velocity can be measured accurately over a long period of time. Become.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明によると、測定開始時点
がすでにイオン濃度の最大レベル点若しくはその
近傍であることから、最大レベル点を検知する必
要がなくなり、同時に拡散の影響も少ないことか
ら測定誤差が著しく小さくなり、従つて測定精度
を向上させることができ、単一の測定点で測定可
能であることから、装置の小型化を更に促進せし
めることができ、従つて作業能率の向上を図るこ
とができるという従来にない優れた流体の流速測
定方法およびその装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, since the measurement start point is already at or near the maximum level point of the ion concentration, there is no need to detect the maximum level point, and at the same time, the influence of diffusion is small, so measurement errors are reduced. The size of the device is significantly smaller, which improves measurement accuracy, and measurement can be performed at a single measurement point, making it possible to further miniaturize the device and improve work efficiency. It is possible to provide an unprecedented and excellent fluid flow rate measurement method and device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第3図は本発明の測定原理を説明す
る説明図、第4図は本発明の第1実施例を示す説
明図、第5図は第4図のプローブを示す一部破断
した正面図、第6図は第5図の一部に係る電極棒
を示す一部破断した正面図、第7図は測定に用い
る電気回路の構成例を示すブロツク図、第8図及
び第9図は測定結果の一例を示す線図、第10図
は本発明の第2実施例に係るプローブを示す正面
図、第11図は第10図の測定回路を示す説明図
である。 20,60……測定用の電極棒、23〜26…
…イオン濃度測定用電極としての第1〜4電極、
30,31,66……イオン形成手段としてのイ
オン発生用電極、35……パルス発生部、40…
…イオン濃度検出回路、47……比較回路、50
……タイマ、64……アース電極、65……測定
電極、90……イオン濃度測定回路。
Figures 1 to 3 are explanatory diagrams explaining the measurement principle of the present invention, Figure 4 is an explanatory diagram showing the first embodiment of the present invention, and Figure 5 is a partially cutaway diagram showing the probe of Figure 4. 6 is a partially cutaway front view showing an electrode rod according to a part of FIG. 5, FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of an electric circuit used for measurement, and FIGS. 8 and 9. 10 is a diagram showing an example of a measurement result, FIG. 10 is a front view showing a probe according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an explanatory diagram showing the measurement circuit of FIG. 10. 20, 60...Measurement electrode rod, 23-26...
...first to fourth electrodes as electrodes for measuring ion concentration,
30, 31, 66...Ion generation electrode as ion forming means, 35...Pulse generating section, 40...
...Ion concentration detection circuit, 47...Comparison circuit, 50
...Timer, 64... Earth electrode, 65... Measuring electrode, 90... Ion concentration measuring circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 被測定流体中の同一箇所に測定電極部とイオ
ン発生電極部とを配設し、その後、イオン発生電
極部に所定のパルス電圧を印加して測定領域に予
め定めた測定開始レベルのイオン濃度から成るイ
オン層を形成し、 しかるのち、イオン発生電極部に対するパルス
電圧の印加を停止せしめるとともに、イオン濃度
の減少の度合の測定を開始し、そのレベル変化に
応じて流体の流動速度を特定することを特徴とし
た流体の流速測定方法。 2 被測定流体中に配設されるイオン濃度測定電
極と、このイオン濃度測定電極の一端部と他端部
に分けて装備される一対の電極部材から成るイオ
ン形成手段と、このイオン形成手段の電極相互間
のイオン濃度が予め定めた測定開始レベルになる
まで所定のパルス電圧を印加するパルス発生部と
を有し、 このパルス発生部から出力されるパルス出力終
了信号を受けて直ちに計時を開始するタイマと、
前記濃度測定電極で検知されるイオン濃度を電気
信号に変換し出力するイオン濃度検出回路とを具
備し、 このイオン濃度検出回路から出力される信号が
予め定めた測定終了用の基準値に降下した場合に
直ちに前記タイマに対して計時停止信号を出力す
る比較回路を、前記イオン濃度検出回路に併設し
たことを特徴とする流体の流速測定装置。
[Claims] 1. A measurement electrode section and an ion generation electrode section are disposed at the same location in the fluid to be measured, and then a predetermined pulse voltage is applied to the ion generation electrode section to define a predetermined measurement area. An ion layer with an ion concentration at the measurement starting level is formed, and then the application of pulse voltage to the ion generating electrode section is stopped, measurement of the degree of decrease in ion concentration is started, and the fluid is adjusted according to the level change. A fluid flow velocity measurement method characterized by determining the flow velocity of a fluid. 2. An ion concentration measuring electrode disposed in the fluid to be measured, an ion forming means consisting of a pair of electrode members separately installed at one end and the other end of the ion concentration measuring electrode, and It has a pulse generator that applies a predetermined pulse voltage until the ion concentration between the electrodes reaches a predetermined measurement start level, and starts timing immediately upon receiving a pulse output end signal output from the pulse generator. a timer to
and an ion concentration detection circuit that converts the ion concentration detected by the concentration measurement electrode into an electrical signal and outputs it, and when the signal output from the ion concentration detection circuit drops to a predetermined reference value for ending the measurement. 1. A fluid flow rate measuring device, characterized in that a comparison circuit that immediately outputs a timing stop signal to the timer when the ion concentration detection circuit is installed is attached to the ion concentration detection circuit.
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