JP2000275073A - カルマン渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストが低減出来、長期信頼性が向上し、耐
振動特性が向上し、感度とＳ／Ｎ比が向上されたカルマ
ンを提供する。 【解決手段】 測定管路に挿入された渦発生体により発
生する渦周波数を、測定流体の流れに直交する方向であ
って前記渦発生体の両側の測定流体の圧力変化を２個の
圧力検出センサで検出して測定流体の流量を測定するカ
ルマン渦流量計において、前記渦発生体の前記測定管路
との接続部分に設けられ渦発生体が形状変化し歪みが生
じても前記測定管路に渦発生体の形状変化による影響が
伝わり難くされた歪絶縁部を具備した事を特徴とするカ
ルマン渦流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コストが低減出
来、長期信頼性が向上し、耐振動特性が向上し、感度と
Ｓ／Ｎ比が向上されたカルマン渦流量計に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図である。図において、測定管路１は
測定流体ＦＬ。が内部を流れる管路である。柱状の渦発
生体２は、測定管路１に直角に挿入されている。

【０００３】渦発生体２の端部が、ネジあるいは溶接あ
るいは圧着等で、測定管路１に固定または支持されてい
る。第1の，第2の圧力検出センサ３、４は、測定流体FL
oの流れに直交する方向であって、渦発生体２の両側の
測定管路１に配置されている。固定具５、６は圧電素子
３、４を測定管路１に保持しておくものである。

【０００４】次に、以上のように構成された渦流量計の
動作について説明する。このカルマン渦流量計は、測定
管路１に挿入された渦発生体２により発生する渦周波数
を検出して流量を測定する。

【０００５】渦発生体２により発生する渦周波数を検出
するように、測定管路１で渦発生体２の端部近傍に設け
られた第１の圧力検出センサ３と、第１の圧力検出セン
サ３と渦発生体３の中心軸を通る測定管路１の中心面に
対し対称な位置に第２の圧力検出センサ４が配置されて
いる。

【０００６】したがって、第１の圧力検出センサ３の検
出管路振動ノイズと同相の管路振動ノイズが第２の圧力
検出センサ４に発生する。渦発生体２により発生する渦
による圧力変動に対しては、第１の圧力検出センサ３と
第２の圧力検出センサ４は互いに逆相に発生する。

【０００７】結局、第１の圧力検出センサ３と、第２の
圧力検出センサ４の出力の差をとることで、渦発生体２
により発生する渦周波数のみを検出し、振動ノイズに関
して不感にすることが出来る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置においては、測定管路１の大きさや、渦発生体
の大きさは、各口径ごとに定まったものであり、一方、
検出感度や耐圧、製造コストを考えると、圧力検出セン
サの大きさを小さくするには限界がある。

【０００９】すなわち、特に小口径の場合、２つの圧力
検出センサ３，４を渦発生体２の両側に設置する為に
は、必然的に渦発生体２と、圧力検出センサ３，４の位
置が近くなってしまう。

【００１０】測定流体FLoが流れ、発生する渦により、
渦発生体２の左右で圧力差が生じる。図６に示すよう
に、圧力検出センサ３，４は、純粋な測定流体圧力によ
っては、矢印Ｆ₁，Ｆ₂に示すような力を受ける。

【００１１】一方、渦発生体２はその左右で圧力差が生
じているので、図７に示すような変形が生じ、測定管路
１においても、渦発生体２の端部近傍は、その変形の影
響を受ける。

【００１２】圧力検出センサ３，４が渦発生体２の端部
から離れているときは、影響は小さいが、渦発生体２の
端部と圧力検出センサ３，４が近いと、圧力検出センサ
３，４は図中の矢印Ｆｆ₃，Ｆ₄に示すような力を受け
る。

【００１３】このように、測定流体圧の直接の影響と、
渦発生体２の変形の影響とでは、同じ測定流体圧力分布
の場合でも、圧力検出センサ３，４に加わる力は逆方向
になり、互いにうち消し合って、圧力検出センサ３，４
の出力は小さくなってしまう。

【００１４】出力が小さくなれば、信号処理部に負担が
かかりコストが高くなり、Ｓ／Ｎ比が悪化し、振動ノイ
ズ等の外乱に弱くなり、精度や安定性が悪くなってしま
う。

【００１５】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、コストが低減出来、長期信頼性が向上し、耐振動
特性が向上し、感度とＳ／Ｎ比が向上されたカルマン渦
流量計を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、請求項１のカルマン渦流量計に
おいては、測定管路に挿入された渦発生体により発生す
る渦周波数を、測定流体の流れに直交する方向であって
前記渦発生体の両側の測定流体の圧力変化を２個の圧力
検出センサで検出して測定流体の流量を測定するカルマ
ン渦流量計において、前記渦発生体の前記測定管路との
接続部分に設けられ前記渦発生体が形状変化しても前記
測定管路に前記渦発生体の形状変化による影響が軽減さ
れるように構成された歪絶縁部を具備した事を特徴とす
る。

【００１７】この結果、渦発生体の測定管路との接続部
分に設けられ、渦発生体が形状変化し歪みが生じても、
測定管路に渦発生体の形状変化による影響が伝わりにく
くされた歪絶縁部が設けられた。

【００１８】したがって、渦の発生により渦発生体が歪
み、形状が変化しても、それによる応力が接続されてい
る測定管路に伝わることを防ぎ、測定管路及びその近傍
に設置されている圧力検出センサに、渦発生体の形状変
化による影響が伝わりにくいカルマン渦流量計が得られ
る。

【００１９】もし、渦発生体の形状変化による影響が、
渦発生体との接続部近傍に設置されてある圧力検出セン
サに及ぶと、純粋に測定流体の圧力によって生じる応力
と逆の成分の応力が発生し、互いにうち消し合って、圧
力検出センサの出力が小さくなってしまう。

【００２０】しかし、本発明によれば、圧力検出センサ
は、純粋に測定管路内の測定流体圧力変化のみを検出で
きる。測定流体圧力変化のみを効率良く検出できるの
で、圧力検出センサの出力が大きくなり、信号処理部の
負担が軽減しコストが安くなり、Ｓ／Ｎ比が向上され、
振動ノイズ等の外乱に強くなり、精度や安定性が向上さ
れたカルマン渦流量計が得られる。

【００２１】本発明の請求項２においては、請求項1記
載のカルマン渦流量計において、前記歪絶縁部として、
前記渦発生体の前記測定管路との接続部分にスリット状
の隙間が設けられた事を特徴とする。

【００２２】この結果、スリット状の隙間は構成が簡単
であり、安価なカルマン渦流量計が得られる。

【００２３】本発明の請求項３においては、請求項1記
載のカルマン渦流量計において、前記歪絶縁部として、
前記渦発生体の前記測定管路との接続部分にスリット状
の隙間と、測定流体の乱れあるいはこの隙間に詰まりが
生じないようにこの隙間に充填された弾性体とが設けら
れた事を特徴とする。

【００２４】この結果、渦発生体の端部に刻まれたスリ
ット状の隙間に、柔らかく弾力性に富んだ物質が充填さ
れたので、渦発生体が形状変化しても余計な応力を測定
管路、及びその近傍に設置された圧力検出センサに伝え
ないという特性はそのままに、隙間があることによって
生じる測定流体の流れの乱れをなくすことが出来、高精
度を実現できる。

【００２５】また、測定中に隙間につまりがおきるのを
防ぐことができるので、つまりによる応力伝達の変化
や、流れの変化を防ぐことが出来、高精度、高安定のカ
ルマン渦流量計が得られる。

【００２６】本発明の請求項４においては、請求項3記
載のカルマン渦流量計において、前記弾性体としてゴム
が使用された事を特徴とする。

【００２７】この結果、ゴムは市場性が広く、安価に入
手しやすいので、安価なカルマン渦流量計が得られる。

【００２８】本発明の請求項５においては、請求項3記
載のカルマン渦流量計において、前記弾性体としてネオ
プレンゴムが使用された事を特徴とする。

【００２９】この結果、ネオプレンゴムは耐油性に優れ
ているので、耐油性が向上されたカルマン渦流量計が得
られる。

【００３０】本発明の請求項６においては、請求項3記
載のカルマン渦流量計において、前記弾性体としてフッ
素ゴムが使用された事を特徴とする。

【００３１】この結果、フッ素ゴムは耐食性と高温特性
に優れているので、耐食性と高温特性が向上されたカル
マン渦流量計が得られる。

【００３２】本発明の請求項７においては、請求項1乃
至請求項６の何れかに記載のカルマン渦流量計におい
て、前記2個の圧力検出センサが1個の台座を介して前記
測定管路に取付けられた事を特徴とする。

【００３３】この結果、測定管路が小口径の場合にも、
圧力検出センサは、渦発生体に近い部分と、遠い部分と
で検出圧力にばらつきが生じる事が無く、均一となり、
確実に測定圧力を検出する事が出来、信頼性が向上され
たカルマン渦流量計が得られる。

【００３４】本発明の請求項８においては、請求項1乃
至請求項７の何れかに記載のカルマン渦流量計におい
て、前記圧力検出センサとして圧電素子が使用された事
を特徴とする。

【００３５】この結果、圧電素子は高いキュリー温度を
有し、高温まで使用出来、また、電力の供給が不要であ
り、圧力検出センサ部が安価で信頼性の高いカルマン渦
流量計が得られる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の一実施例の要部構成説明図で
ある。図において、図５と同一記号の構成は同一機能を
表す。以下、図５と相違部分のみ説明する。

【００３７】図において、歪絶縁部１１は、渦発生体２
と測定管路１との接続部分のうち圧力検出センサ３，4
側に設けられ、渦発生体２が形状変化し、歪みが生じて
も、測定管路１に渦発生体２の形状変化による影響が軽
減されるように構成されている。

【００３８】この場合は、歪絶縁部１１として、渦発生
体２の測定管路１との接続部分にスリット状の隙間が設
けられている。

【００３９】よって、図７に示す如く、渦発生体２が変
形しても、渦発生体２の形状変化の影響が、測定管路１
に設置されている圧力検出センサ３，４に及ばない。し
たがって、圧力検出センサ３，４は、測定管路１の内部
を流れる測定流体FLoの圧力変化のみを測定する事が出
来る。なお、この場合は、圧力検出センサ３，４は、圧
電素子が使用されている。

【００４０】以上の構成において、本発明装置は、測定
管路１に挿入された渦発生体２により発生する渦周波数
を検出することで測定流量を測定する。即ち、測定管路
１の渦発生体２の端部近傍に設けられた第１の圧力検出
センサ３と、第１の圧力検出センサ３と渦発生体２の中
心軸かつ測定管路１の中心面に対し対称な位置に第２の
圧力検出センサ４が配置されている。

【００４１】従って、渦発生体２の近傍に、同方向に設
置してある２つの圧力検出センサ３，４は、測定管路１
全体にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の振動ノイズが加わった
場合、ノイズに対して、２つの圧力検出センサ３，４共
に、同等の大きさの出力が生じる。

【００４２】一方、渦発生体２により発生する渦による
圧力変動に対しては、渦の発生に伴い、渦発生体２の左
右で交互に高圧P_Hと低圧P_Lとが繰り返され、第１の圧力
検出センサ３と第２の圧力検出センサ４とでは、振幅が
同じで互いに逆相の出力が得られる。

【００４３】すなわち、２つの圧力検出センサ３，４の
出力の差をとることで、振動ノイズはキャンセルされ、
渦発生体２により発生する渦周波数のみを検出すること
が可能になる。

【００４４】この結果、 （１）渦発生体２の測定管路１との接続部分に設けら
れ、渦発生体２が形状変化し歪みが生じても、測定管路
１に渦発生体２の形状変化による影響が伝わりにくくさ
れた歪絶縁部１１が設けられた。

【００４５】したがって、渦の発生により渦発生体２が
歪み、形状が変化しても、それによる応力が接続されて
いる測定管路１に伝わることを防ぎ、測定管路１及びそ
の近傍に設置されている圧力検出センサ３，４に、渦発
生体２の形状変化による影響が伝わりにくいカルマン渦
流量計が得られる。

【００４６】もし、渦発生体２の形状変化による影響
が、渦発生体２との接続部近傍に設置してある圧力検出
センサ３，４に及ぶと、図７に示す如く、純粋に測定流
体FLoの圧力によって生じる応力と逆の成分の応力が発
生し、互いにうち消し合って、圧力検出センサ３，４の
出力が小さくなってしまう。

【００４７】しかし、本発明によれば、圧力検出センサ
３，４は、純粋に測定管路１内の測定流体圧力変化のみ
を検出できるようになる。測定流体圧力変化のみを効率
良く検出できるので、圧力検出センサ３，４の出力が大
きくなり、信号処理部の負担が軽減しコストが安くな
り、Ｓ／Ｎ比が向上され、振動ノイズ等の外乱に強くな
り、精度や安定性が向上されたカルマン渦流量計が得ら
れる

【００４８】（２）歪絶縁部１１として、渦発生体２の
測定管路１との接続部分にスリット状の隙間１１が設け
られたので、スリット状の隙間１１は構成が簡単であ
り、安価なカルマン渦流量計が得られる。

【００４９】（３）圧力検出センサ３，４として圧電素
子が使用されたので、圧電素子は高いキュリー温度を有
し、高温まで使用出来、また、電力の供給が不要であ
り、圧力検出センサ部３，４が安価で信頼性の高いカル
マン渦流量計が得られる。

【００５０】図２は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、圧力検出センサ３，４
を、渦発生体２と一体の台座１２に組み込んだものであ
る。

【００５１】測定管路１が小口径の場合にも、圧力検出
センサ３，４は、渦発生体２に近い部分と、遠い部分と
で検出圧力にばらつきが生じる事が無く、均一となり、
確実に測定圧力を検出する事が出来、信頼性が向上され
たカルマン渦流量計が得られる。

【００５２】図３は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては歪絶縁部１１として、渦
発生体２の測定管路１との接続部分にスリット状の隙間
１１１と、測定流体FLoの乱れあるいはこの隙間１１１
に詰まりが生じないようにこの隙間に充填された弾性体
１１２とが設けられている。

【００５３】この場合は、弾性体１１２として、フッ素
ゴムが使用されている。なお、弾性体１１２として、ゴ
ムやネオプレンゴムが使用されても良い。

【００５４】この結果、 （１）測定流体FLoの乱れあるいはこの隙間１１１に詰
まりが生じる事が無く、測定精度が向上され、また、信
頼性が向上されたカルマン渦流量計が得られる。

【００５５】（２）弾性体１１２としてゴムが使用され
れば、ゴムは市場性が広く、安価に入手しやすいので、
安価なカルマン渦流量計が得られる。

【００５６】（３）弾性体１１２としてネオプレンゴム
が使用されれば、ネオプレンゴムは耐油性に優れている
ので、耐油性が向上されたカルマン渦流量計が得られ
る。

【００５７】（４）弾性体１１２としてフッ素ゴムが使
用されたので、フッ素ゴムは耐食性と高温特性に優れて
いるので、耐食性と高温特性が向上されたカルマン渦流
量計が得られる。

【００５８】図４は、台座１２が設けられたカルマン渦
流量計に、図３の発明が適用されたものである。この結
果、

【００５９】（１）2個の圧力検出センサが1個の台座を
介して測定管路に取付けられたので、測定管路が小口径
の場合にも、圧力検出センサは、渦発生体に近い部分
と、遠い部分とで検出圧力にばらつきが生じる事が無
く、均一となり、確実に測定圧力を検出する事が出来、
信頼性が向上されたカルマン渦流量計が得られる。

【００６０】（２）測定流体FLoの乱れあるいはこの隙
間１１１に詰まりが生じる事が無く、測定精度が向上さ
れ、また、信頼性が向上されたカルマン渦流量計が得ら
れる。

【００６１】（３）弾性体１１２としてゴムが使用され
れば、ゴムは市場性が広く、安価に入手しやすいので、
安価なカルマン渦流量計が得られる。

【００６２】（４）弾性体１１２としてネオプレンゴム
が使用されれば、ネオプレンゴムは耐油性に優れている
ので、耐油性が向上されたカルマン渦流量計が得られ
る。

【００６３】（５）弾性体１１２としてフッ素ゴムが使
用されたので、フッ素ゴムは耐食性と高温特性に優れて
いるので、耐食性と高温特性が向上されたカルマン渦流
量計が得られる。

【００６４】なを、前述の実施例においては、圧力検出
センサとして圧電素子を使用した場合について説明した
が、これに限る事は無く、要するに、圧力を検出出来る
ものであれば良い。

【００６５】また、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、次のような効果がある。渦発生体の測定管路
との接続部分に設けられ渦発生体が形状変化しても測定
管路に渦発生体の形状変化による影響が軽減されるよう
に構成された歪絶縁部が設けられた。

【００６７】したがって、渦の発生により渦発生体が歪
み、形状が変化しても、それによる応力が接続されてい
る測定管路に伝わることを防ぎ、測定管路及びその近傍
に設置されている圧力検出センサに、渦発生体の形状変
化による影響が伝わりにくいカルマン渦流量計が得られ
る。

【００６８】もし、渦発生体の形状変化による影響が、
渦発生体との接続部近傍に設置されてある圧力検出セン
サに及ぶと、図７に示す如く、純粋に測定流体の圧力に
よって生じる応力と逆の成分の応力が発生し、互いにう
ち消し合って、圧力検出センサの出力が小さくなってし
まう。

【００６９】しかし、本発明によれば、圧力検出センサ
は、純粋に測定管路内の測定流体圧力変化のみを検出で
きる。測定流体圧力変化のみを効率良く検出できるの
で、圧力検出センサの出力が大きくなり、信号処理部の
負担が軽減しコストが安くなり、Ｓ／Ｎ比が向上され、
振動ノイズ等の外乱に強くなり、精度や安定性が向上さ
れたカルマン渦流量計が得られる。

【００７０】本発明の請求項２によれば、次のような効
果がある。歪絶縁部として、渦発生体の測定管路との接
続部分にスリット状の隙間が設けられたので、スリット
状の隙間は構成が簡単であり、安価なカルマン渦流量計
が得られる。

【００７１】本発明の請求項３によれば、次のような効
果がある。歪絶縁部として、渦発生体の測定管路との接
続部分にスリット状の隙間と、測定流体の乱れあるいは
この隙間に詰まりが生じないようにこの隙間に充填され
た弾性体とが設けられた。

【００７２】したがって、渦発生体の端部に刻まれたス
リット状の隙間に、柔らかく弾力性に富んだ物質が充填
されたので、渦発生体が形状変化しても余計な応力を測
定管路、及びその近傍に設置された圧力検出センサに伝
えないという特性はそのままに、隙間があることによっ
て生じる測定流体の流れの乱れをなくすことが出来、高
精度を実現できる。

【００７３】また、測定中に隙間につまりがおきるのを
防ぐことができるので、つまりによる応力伝達の変化
や、流れの変化を防ぐことが出来、高精度、高安定のカ
ルマン渦流量計が得られる。

【００７４】本発明の請求項４によれば、次のような効
果がある。弾性体としてゴムが使用されたので、ゴムは
市場性が広く、安価に入手しやすいので、安価なカルマ
ン渦流量計が得られる。

【００７５】本発明の請求項５によれば、次のような効
果がある。弾性体としてネオプレンゴムが使用されたの
で、ネオプレンゴムは耐油性に優れているので、耐油性
が向上されたカルマン渦流量計が得られる。

【００７６】本発明の請求項６によれば、次のような効
果がある。弾性体としてフッ素ゴムが使用されたので、
フッ素ゴムは耐食性と高温特性に優れているので、耐食
性と高温特性が向上されたカルマン渦流量計が得られ
る。

【００７７】本発明の請求項７によれば、次のような効
果がある。2個の圧力検出センサが1個の台座を介して測
定管路に取付けられたので、測定管路が小口径の場合に
も、圧力検出センサは、渦発生体に近い部分と、遠い部
分とで検出圧力にばらつきが生じる事が無く、均一とな
り、確実に測定圧力を検出する事が出来、信頼性が向上
されたカルマン渦流量計が得られる。

【００７８】本発明の請求項８によれば、次のような効
果がある。圧力検出センサとして圧電素子が使用された
ので、圧電素子は高いキュリー温度を有し、高温まで使
用出来、また、電力の供給が不要であり、圧力検出セン
サ部が安価で信頼性の高いカルマン渦流量計が得られ
る。

【００７９】従って、本発明によれば、コストが低減出
来、長期信頼性が向上し、耐振動特性が向上し、感度と
Ｓ／Ｎ比が向上されたカルマン渦流量計を実現すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図５】従来より一般に使用されている従来例の要部構
成説明図である。

【図６】図５の動作説明図である。

【図７】図５の動作説明図である。

【符号の説明】

１ 測定管路 ２ 渦発生体 ３ 第1の圧力検出センサ ４ 第2の圧力検出センサ ５ 固定具 ６ 固定具 １１ 歪絶縁部 １１１ 隙間 １１２ 弾性体 １２ 台座 ＦＬｏ 測定流体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定管路に挿入された渦発生体により発生
   する渦周波数を、測定流体の流れに直交する方向であっ
   て前記渦発生体の両側の測定流体の圧力変化を２個の圧
   力検出センサで検出して測定流体の流量を測定するカル
   マン渦流量計において、 前記渦発生体の前記測定管路との接続部分に設けられ前
   記渦発生体が形状変化しても前記測定管路に前記渦発生
   体の形状変化による影響が軽減されるように構成された
   歪絶縁部を具備した事を特徴とするカルマン渦流量計。
2. 【請求項２】前記歪絶縁部として、前記渦発生体の前記
   測定管路との接続部分にスリット状の隙間が設けられた
   事を特徴とする請求項1記載のカルマン渦流量計。
3. 【請求項３】前記歪絶縁部として、前記渦発生体の前記
   測定管路との接続部分にスリット状の隙間と、 測定流体の乱れあるいはこの隙間に詰まりが生じないよ
   うにこの隙間に充填された弾性体とが設けられた事を特
   徴とする請求項1記載のカルマン渦流量計。
4. 【請求項４】前記弾性体としてゴムが使用された事を特
   徴とする請求項3記載のカルマン渦流量計。
5. 【請求項５】前記弾性体としてネオプレン（登録商標）
   ゴムが使用された事を特徴とする請求項3記載のカルマ
   ン渦流量計。
6. 【請求項６】前記弾性体としてフッ素ゴムが使用された
   事を特徴とする請求項3記載のカルマン渦流量計。
7. 【請求項７】前記２個の圧力検出センサが1個の台座を
   介して前記測定管路に取付けられた事を特徴とする請求
   項1乃至請求項６の何れかに記載のカルマン渦流量計。
8. 【請求項８】前記圧力検出センサとして圧電素子が使用
   された事を特徴とする請求項1乃至請求項７の何れかに
   記載のカルマン渦流量計。