CN100453978C - 多功能涡流流量计 - Google Patents

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Abstract

一种多功能涡流流量计,包括涡流式检测机构(15),该涡流式检测机构具有设于流管(9)的流路上使被测量流体通过的测量管(12)、与被测量流体的流动对置地设置在测量管(12)上的涡流发生器(13)、和检测基于由涡流发生器(13)所产生的卡门涡旋的变化的涡流检测器(14),并包括具有突出于流路(9)中的感温传感器(16)和加热感温传感器(17)的热检测机构(18),此外还包括流量转换器(8),该流量转换器进行电力供给量控制,并从该电量算出被测量流体的流量以及从涡流检测器(14)的检测值算出被测量流体的流量,所述电力供给量是为了使感温传感器(16)和加热感温传感器(17)之间的温度差保持一定的加热感温传感器(17)的加热所需的电力供给量。

Description

多功能涡流流量计
技术领域
本发明涉及兼备涡流流量计的功能和热流量计的功能的多功能涡流流量计。
背景技术
为了测量流管中流动的被测量流体的流量,使用涡流流量计和热流量计。众所周知,涡流流量计利用了下述原理:在流体流中配置涡流发生器时,在规定的雷诺数范围内,单位时间内从涡流发生器所产生的卡门涡旋的数量(涡流频率)与气体、液体没有关系而与流量成比例,该比例常数称为斯德鲁哈尔数(strouhal number)。作为涡流检测器列举有热传感器、应变传感器、光传感器、压力传感器、超声波传感器等,这些能够检测出涡流所导致的热变化、升力变化等。涡流流量计是能够不受被测量流体的物理性质影响地测量流量的简易流量计,广泛地应用于气体或者流体的流量计测中(例如,参照特许2869054号公报,第3页、图1)。另一方面,热流量计的结构包括液体温度检测传感器和加热侧温度传感器,并控制为,具有温度传感器和加热传感器的功能的加热侧温度传感器(流速传感器(加热器))的温度相对于由流体温度检测传感器所计测的温度有一定的温度差。这是因为被测量流体流动时从加热器吸走的热量与质量流量相关,从相对于加热器的加热电量算出质量流量(例如,参考特开2004-12220号公报,第6页,图4)。
发明内容
公知的是,涡流流量计不适于微小流量计测或者低流量计测。此外,热流量计不适于高流量计测也是公知的。因此,在以流量从微小流量到大流量的大范围内变化那样的被测量流体为计测对象时,仅采用某一种流量计的话,存在测量范围不充分的问题。
本发明是鉴于上述问题所作出的,目的在于提供一种对从微小流量到大流量都能够精度良好地进行计测的多功能涡流流量计。
本发明的目的通过下述方式实现:即包括涡流式检测机构,该涡流式检测机构具有设于流管的流路上并使被测量流体通过的测量管、与上述被测量流体的流动对置地设置在上述测量管上的涡流发生器、和检测基于由该涡流发生器所产生的卡门涡旋的变化的涡流检测器,并包括具有突出于上述流路中的感温传感器和加热感温传感器的热检测机构,此外还包括流量转换器,该流量转换器进行电力供给量控制,并从该电量算出上述被测量流体的流量以及从上述涡流检测器的检测值算出上述被测量流体的流量,所述电力供给量是用于令上述感温传感器和上述加热感温传感器的温度差一定的上述加热感温传感器的加热所需的电力供给量。
通过这样的构成,根据本发明,能够提供兼备涡流流量计的功能和热流量计功能的结构的流量计。即,根据本发明,在微小流量区域或者低流量区域中,通过热流量计的功能进行计测,在高流量区域中,通过涡流流量计的功能进行计测。进而,在本发明中,如果使热流量计的功能中的高流量区域计测和涡流流量计的功能中的低流量区域计测进行某种程度的交叠,通过流量转换器进行切换,则能够从微小流量到大流量精度良好地进行计测。另外,在流量转换器中进行运算显示及输出等。
此外,本发明的目的通过下述方式实现:上述多功能涡流流量计中的上述感温传感器及上述加热感温传感器配置在上述测量管的附近,并且在该测量管上设置有保持上述感温传感器和上述加热感温传感器的温度传感器保持部。
通过这样的构成,根据本发明,能够利用测量管的温度传感器保持部保持感温传感器和加热感温传感器。通过用温度传感器保持部保持该感温传感器和加热感温传感器,根据本发明,能够缓和大流量时在感温传感器和加热感温传感器上产生的应力集中。
进而,本发明的目的通过下述方式实现:将上述多功能涡流流量计的上述测量管和上述温度传感器保持部一体化,并由一个部件形成。
通过这样构成,根据本发明,能够不新设部件地保持感温传感器和加热感温传感器。
此外,本发明的目的通过下述方式实现:将上述多功能涡流流量计中的上述感温传感器和上述加热感温传感器的各前端配置在上述流管的中央或者中央周边部分。
通过该构成,根据本发明,能够将感温传感器和加热感温传感器的各感温部分以离开流管的壁的方式配置。因此,根据本发明,能够令从流管的外部传递给流管的内部的热难以作用在感温传感器和加热感温传感器的各感温部分上。
进而本发明的目的通过下述方式实现:相对于在上述多功能涡流流量计中的上述流管上所开的孔插拔自如地形成上述涡流式检测机构和上述热检测机构。
通过这样构成,根据本发明,能够将流量计构成得小。此外,由于插拔自如地形成涡流式检测机构和热检测机构,所以根据本发明能够容易地进行安装以及维修等。
根据方案1所记载的本发明,具有能够从微小流量到大流量对被测量流体的流量精度良好地进行计测的效果。本发明的多功能涡流流量计比起分别设置涡流流量计和热流量计的情况,在成本、设置空间等方面更有效果。
根据方案2所记载的本发明,具有能够缓和感温传感器及加热感温传感器在大流量时的应力集中的效果。因此,具有能够提高感温传感器和加热感温传感器的耐久性的效果。
根据方案3所述的本发明,具有能够抑制部件数量增加的效果。发挥能够提供廉价的流量计的效果。
根据方案4所述的发明,具有能够进一步提高计测精度的效果。
根据方案5所述的本发明,具有能够缩小结构、提供廉价的流量计的效果。此外,具有易于进行安装及维修等的效果。
附图说明
图1是表示本发明的多功能涡流流量计的一实施方式的剖视图;
图2是图1的主要部分的放大图;
图3是检测部的侧视图;
图4是检测部的剖视图;
图5是检测部的仰视图;
具体实施方式
以下,参照附图对本发明进行说明。
图1是表示本发明的多功能涡流流量计的一个实施方式的剖视图。另外,图2是图1的主要部分的放大图,图3~图5是检测部的侧视图、剖视图、仰视图。
图1中,附图标记1表示本发明的多功能涡流流量计。该涡流流量计1构成为兼备涡流流量计的功能和热流量计的功能。另外,多功能涡流流量计1作为将检测部4插入到贯通形成于流管2上的孔3中的插入式流量计而构成。本发明的多功能涡流流量计1构成为包括:具有检测部4、轴部5以及固定部6的探测部7、和流量转换器8。以下,参照着图1~5对各构成部件进行说明。
流管2是圆筒形部件,在本实施方式中,在水平方向上延伸地配置(也可以在垂直方向上延伸地配置)。在流管2的内部形成被测量流体向箭头P方向流动的流路9。在流管2的上部形成圆形孔3。在孔3上固定着圆筒形的探测导引筒10的一端。在探测导引筒10中插入检测部4及轴部5。在探测导引筒10的另一端固定有圆形凸缘11。本实施方式中,通过凸缘接合来接合流管2和探测部7,但是,并不限于此。即,也可以使用旋入式接头或者咬入式接头。
检测部4是对具有测量管12、涡流发生器13和涡流检测器14的涡流式检测机构15以及具有感温传感器16和加热感温传感器17的热检测机构18的各流量检测部分的总称,这种检测部4如图1所示,配置在例如流路9的上部。检测部4不存在于流管2的管截面的整体,存在于管截面的一部分上。本发明的多功能涡流流量计1尽管是兼备涡流流量计的功能和热流量计的功能的流量计,但是检测部4小型地形成。
测量管12形成为管截面为四方形状的筒状。测量管12以沿着被测量流体流动的箭头P方向延伸的方式配置形成。测量管12经由连结筒部19与轴部5的底壁连在一起。连结筒部19连在测量管12的上壁中央。这种连结筒部19上形成有涡流发生器13和温度传感器保持部20(本实施方式中虽然形成为一体,但是并不限于此)。
涡流发生器13是用于在测量管12的内部产生涡流的部分,其形状形成为与被测量流体的流动对置。涡流发生器13在本实施方式中,形成为三棱柱形(该形状为一个例子,在专利文献1的特许第2869054号公报中公开了几个例子)。涡流发生器13形成在测量管12的被测量流体流入侧的开口部分上。此外,涡流发生器13形成为位于该开口部分的中央。而且,涡流发生器13形成为与在测量管12的上述上壁和下壁为一体。
此处对由涡流发生器13所产生的涡流进行说明。涡流是从由流入到测量管12的上述开口部分的被测量流体沿着涡流发生器13流动的流所产生的运动量变化大的位置剥离的涡流,在涡流发生器13的截面形状为本实施方式那样的三角形时,三角形边缘部成为剥离点。从涡流发生器13剥离并流出的涡流按照卡门的稳定涡旋条件,呈锯齿形交替地产生,一边形成保持一定涡旋间距和涡旋列间距的涡旋列一边流出。涡旋间距可以根据单位时间所产生的涡旋的数量即涡旋频率、和单位时间的流速来求取,所述单位时间的流速根据由在既定时间内流入到例如基准罐等基准容器中的流体所求出的流量而算出。
温度传感器保持部20以从测量管12的下壁向水平方向、换言之从测量管12的两侧壁分别突出的方式形成。温度传感器保持部20以俯视形状为三角形的方式形成。温度传感器保持部20形成为就像在测量管12上有翅片那样的形状。在这种温度传感器保持部20的三角形顶部附近形成有插入感温传感器16、加热感温传感器17的各前端的孔(省略标记)。温度传感器保持部20配置形成为感温传感器16和加热感温传感器17位于涡流检测器14的两侧。
涡流检测器14是用于检测涡流的传感器,此处采用了受压传感器。涡流检测器14具有配置在测量管12内的涡流发生器13的下游侧的受压板(传感器受压板)21。涡流检测器14包括压力检测元件板,其在振动管22内具有压电元件或者应变计。涡流检测器14构成为,在受压板21处检测出基于由涡流发生器13所产生的卡门涡旋的变动压力(交变压力)。受压板21以从振动管22的一端延伸的方式配置形成。振动管22插入到连结筒部19中,并安装成仅受压板21突出到测量管12中。受压板21的配置是一个例子。
在振动管22的另一端形成有凸缘部23。凸缘部23是为了固定插入到轴部5的内部的涡流检测器14而形成的。在凸缘部23和轴部5之间夹持有O形环24。O形环24为了防止被测量流体浸入到轴部5的内部而设置。涡流检测器14上设有用于从涡流检测器14输出信号的传送线25。传送线25的一端通过由模制材料模制的模制部26固定在涡流检测器14的端部上并受到保护。传送线25是为了获得电力以及为了向流量转换器8侧传送传感器输出而设置的。
在轴部5的内部,设有环状的隔垫27和碟形弹簧28以及筒状的隔垫29。这些是为了推压涡流检测器14而设置的,被螺纹接合在轴部5的开口部上的贯通型止动螺纹件30保持。在轴部5上形成有两个沿轴向贯通周侧壁的贯通孔31。另外,后面对贯通孔31进行说明。轴部5上,与探测导引筒10的凸缘11对合地固定有圆形的固定部6。固定部6是用于相对于流管2固定本发明的多功能涡流流量计1的部分,并形成为以在与探测导引筒10的凸缘11之间夹入填料32的状态下通过螺栓33紧固。固定部6上形成相对于流量转换器8的安装筒部34。
涡流式检测机构15是为了将测量管12、涡流发生器13和涡流检测器14的受压板21插入到流管2中而求取在流管2内流动的被测量流体的流速或者流量而设置的。在流管2内流动的被测量流体的流速或者流量通过将在测量管12内流动的被测量流体的流速或者流量作为流管2的部分流速或者部分流量算出而求取。这是基于如果液流均匀的话,即使测量流管2的管的一部分截面而不是测量整个截面,也能够推测其整体流量。即,在直管中流过的被整流的流体的流速分布作为雷诺数的函数被给出,所以能够将距离流管2的中心部的某个距离位置处的流速换算为流管2内的平均流速。
构成热检测机构18的感温传感器16和加热感温传感器17均使用已知的传感器。此处,关于具体的结构,省略其说明。本实施方式的感温传感器16是棒状的温度传感器,同样棒状的加热感温传感器17是具有温度传感器和加热传感器功能的流速传感器(加热器)。感温传感器16和加热感温传感器17的前端侧作为感温部分35、中间作为固定部分36而构成。感温传感器16和加热感温传感器17分别插入到轴部5的贯通孔31中而固定。
感温传感器16和加热感温传感器17的各感温部分35突出于流管2的流路9中,最前端部分被温度传感器保持部20保持。各感温部分35配置在测量管12的附近。感温传感器16和加热感温传感器17与涡流检测器14一起排成横向一列配置(配置是一个例子。只要以不影响涡流检测的方式配置也可以为其他方式)。另外,也可以将感温传感器16及加热感温传感器17的各感温部分35的长度增加以从温度传感器保持部20进一步突出(为了避免从外部向流管2传递的热的作用)。
感温传感器16和加热感温传感器17的后端侧从固定部6上的安装筒部34的内侧突出而插入到流量转换器8的内部。感温传感器16和加热感温传感器17通过安装在贯通孔31的开口缘部的O形环(省略标记)密封。附图标记37表示O形环压件。O形环压件37通过螺纹固定而固定在安装筒部34的内侧。虽然没有特别进行标记,在O形环压件37上形成有相对于感温传感器16和加热感温传感器17的贯通孔和相对于传送线25的引出用贯通孔。
流量转换器8经由适配器38安装在安装筒部34的端部上。流量转换器8具有转换器盒体39。在该转换器盒体39的内部安装着放大器板(アンプボ一ド)40。在放大器板40上连接着感温传感器16和加热感温传感器17的各导线和涡流检测器14的传送线25。感温传感器16和加热感温传感器17以及传送线25穿过转换器盒体39被引入到内部。感温传感器16和加热感温传感器17以及传送线25通过O形环(省略标记)被密封。附图标记41表示通过螺纹固定而固定在转换器盒体39的内侧的O形环压件。感温传感器16、加热感温传感器17、涡流检测器14以及放大器板40具有流量计测部和流量运算部的作用。具有开关板42以及显示板43的本体罩44以隔着填料(省略标记)的状态固定在转换器盒体39的开口部分上。转换器盒体39的一侧壁上连接着传送缆线45。
在上述构成及构造中,本发明的多功能涡流流量计1根据在流管2的流路9中流过的被测量流体的流的状况而区分使用涡流流量计的功能和热流量计的功能。即,在微小流量区域或者低流量区域中,通过热流量计的功能进行计测,在高流量区域中,通过涡流流量计的功能进行计测。另外,本发明的多功能涡流流量计1,热流量计的功能中的高流量区域计测和涡流流量计的功能中的低流量区域在某种程度上交叠,可通过流量转换器8进行切换。
首先,对计测微小流量区域或低流量区域时的作用、即通过热流量计的功能进行计测时的作用进行说明。加热感温传感器17根据由感温传感器16所检测出的温度进行流量计测。即,在本发明的多功能涡流流量计1的流量计测部及流量运算部中,使感温传感器16和加热感温传感器17的温度差为一定(例如+30℃)地对加热感温传感器17进行加热(通电流),并且从该加热所需的电流值算出质量流量。所算出的质量流量换算成规定的单位后,显示在本体罩44上部所设置的显示部上,或者由传送线缆45发送而显示在未图示的显示装置上。
对上述质量流量的算出进行补充说明的话,则被测量流体(省略了图示)向箭头P方向流动时,加热感温传感器17被被测量流体冷却。为了控制与感温传感器16的温度差为一定,需要进一步向加热感温传感器17通电流。此时,已知加热感温传感器17中流动的电流与质量流量成比例,利用该关系算出质量流量。
接着,对通过涡流流量计的功能进行计测时的情况的作用进行说明。在受压板20上检测出基于由涡流发生器13产生的卡门涡旋的变动压力(交变压力)。而且从涡流检测器14中的检测值计算出测量管12内流动的被测量流体的流速或者流量,作为流管2的部分流速或者部分流量,并算出流管2内流动的被测量流体的流速或者流量(体积流量)。被算出的流速或者流量换算成既定的单位后,显示在本体罩44的上部所设置的显示部上,或者通过传送线缆45发送而显示在未图示的显示装置上。
如上述参照着图1~图5进行的说明那样,本发明的多功能涡流流量计1能够在从零或者微小流量到大流量的范围内精度良好地对被测量流体的流量进行计测(流量范围可以扩大到1∶500左右)。此外,本发明的多功能涡流流量计1比分别单独设置涡流流量计和热流量计在成本、设置空间等方面更有效果。此外,本发明的多功能涡流流量计1由于是插入式的流量计,所以能够减小结构。另外,本发明的多功能涡流流量计1由于是插入式的流量计,所以容易设置到已有的配管中,能够降低设置成本。另外,本发明的多功能涡流流量计1由于是插入式的流量计,所以能够廉价地提供。
另外,本发明在不改变本发明主旨的范围内可以进行各种改变进行实施。

Claims (4)

1.一种多功能涡流流量计,其特征在于,包括涡流式检测机构,该涡流式检测机构具有设于流管的流路上使被测量流体通过的测量管、与上述被测量流体的流动对置地设置在上述测量管上的涡流发生器、和检测基于由该涡流发生器所产生的卡门涡旋的变化的涡流检测器,在上述测量管的附近配置具有突出于上述流路中的感温传感器和加热感温传感器的热检测机构,并且在该测量管上具有保持上述感温传感器和上述加热感温传感器的温度传感器保持部,此外多功能涡流流量计还包括流量转换器,该流量转换器进行电力供给量控制,并从该电量算出上述被测量流体的流量以及从上述涡流检测器的检测值算出上述被测量流体的流量,所述电力供给量是为了使上述感温传感器和上述加热感温传感器之间的温度差保持一定而加热上述加热感温传感器所需的电力供给量。
2.如权利要求1所述的多功能涡流流量计,其特征在于,
将上述测量管和上述温度传感器保持部一体化,并由一个部件形成。
3.如权利要求1或2所述的多功能涡流流量计,其特征在于,
上述感温传感器和上述加热感温传感器的各前端配置在上述流管的中央或者中央周边部分。
4.如权利要求1或2所述的多功能涡流流量计,其特征在于,
相对于在上述流管上所开的孔插拔自如地形成上述涡流式检测机构和上述热检测机构。
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