JP2001264135A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 渦による交番差圧を振動体の振動から検出す
る渦流量計において、配管振動等の影響をなくする。 【解決手段】 本体１の直径上に固着した渦発生体３の
中央部軸方向に、両側から計測室５−１，５−２を穿設
し、取付座２−１，２−２を貫通して外部に開口してあ
る。計量室５−１，５−２内には、振動センサ６−１，
６−２を挿入し、片持ち方式に振動体６−１ｃ，６−２
ｃの受圧面が、同方向となるように固着してある。渦発
生体３の両側面には、計量室５−１，５−２に連通する
対となる導圧孔４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２
ｂが開口してあり、渦による交番圧力変化は、振動体６
−１ｃ，６−２ｃに逆方向に作用し、振動センサ６−
１，６−２から互いに逆位相の渦信号が出力される。外
乱振動による振動は、同じ方向に作用し、同位相の振動
信号が出力される。両振動センサの出力の差をとれば、
渦振動成分は倍となり外乱振動成分が相殺された信号が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦流量計に関し、
より詳細には、カルマン渦を検出する方式の渦流量計に
おいて、配管等の振動による外乱ノイズを取り除くこと
ができる渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】渦流量計は、周知のように、流管内に設
けられた渦発生体から発生するカルマン渦の単位時間当
りの数が、所定レイノルズ数範囲内において流速に比例
していることを利用した推測形の流量計である。また、
渦流量計は、レイノルズ数が定まると、口径毎に定めら
れた一定のメータ係数をもった渦信号が得られる。しか
も、簡単な構成であるため広範囲な流量計測に使用され
ている。

【０００３】このような渦流量計において、多く使用さ
れている渦検出方法に、カルマン渦が渦発生体に作用す
る揚力又は交番差圧を渦発生体の内部に装着された振動
体の振動から検出する方式のものがある。この方式で
は、渦を検出する振動体は直接測定流体に接するが、振
動体の振動を検出し電気信号に変換するセンサ、例え
ば、圧電素子、ひずみゲージ、静電容量式等は、測定流
体と接することがないので、不特定の流体を測定する流
量計としては信頼性が高い。

【０００４】しかし、渦発生体に作用する揚力変化又は
圧力変化は、流体密度と流量の二乗に比例した量になる
ので、振動センサの出力は大流量域では高いが、小流量
域では極度に小さくなる。一般に、流量計としては測定
範囲が大きいほど流量測定の適用範囲が広くなるので、
広レンジの流量比が定められており、渦流量計の場合も
同様である。このため、上記方式の渦流量計において
は、振動センサの出力を小流量域では増幅率を上げ、大
流量域では減衰特性をもたせた処理を行っている。

【０００５】また、振動センサは、原理上、外部からの
振動の影響を受けやすく、センサ出力波形もカルマン渦
による波形と外乱振動による出力波形の区別が付かず、
流量信号のみを取り出すことは不可能である。その結
果、配管振動等の外部振動による影響は、小流量域ほ
ど、大きく、誤計測が起きやすくなり、特に流量が零の
ときには、流体が流れていないのに測定値が検出され、
不都合が生じる場合があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の実情
に鑑みてなされたもので、渦発生体から発生するカルマ
ン渦による揚力又は交番差圧を振動体の振動から検出す
る方式の渦流量計において、配管振動等の外乱ノイズの
影響を相殺し、より小流量領域まで安定して流量が検出
できる渦流量計を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、検出素子が内蔵された振動体を一対と
し、振動体に作用する流体圧を導く構造、または、振動
体の取り付け位置の工夫により、前記一対の振動体が受
ける振動の位相を、外乱振動に対しては同位相、カルマ
ン渦による振動に対しては逆位相となるようにし、両検
出素子の出力信号の差をとることにより、カルマン渦信
号成分のみを増幅し、振動ノイズ成分は相殺するように
して、振動の影響を除くようにしたものである。

【０００８】本発明は、流体が流れる流量計本体と、流
体の流入方向に直角に面するように前記流量計本体に液
密に支持された渦発生体と、該渦発生体から発生するカ
ルマン渦による交番差圧を検出する一対の振動センサを
備え、該一対の振動センサを互いに、カルマン渦による
交番差圧に対しては逆位相の出力信号が得られ、前記流
量計本体に外部から加わる振動に対しては同位相の出力
信号が得られるような構成と成し、前記一対の振動セン
サの出力信号の差から流体流量を求めるようにした渦流
量計である。

【０００９】さらに、本発明は、前記渦流量計におい
て、前記渦発生体を前記流量計本体の直径上に両端を固
着して取り付け、該渦発生体の中央部軸方向に、前記流
量計本体を貫通して両側から外部に開口した上方計測室
と下方計測室を穿設し、該上方計測室と下方計測室内に
それぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿入して
固定し、前記渦発生体の両側面には、上方計量室内の振
動センサに作用する圧力の方向と、下方計量室内の振動
センサに作用する圧力の方向が逆になるように、それぞ
れ対をなす前記上方計測室及び下方計量室に連通する導
圧孔を設けたものである。

【００１０】さらに、本発明は、前記渦流量計におい
て、前記渦発生体の軸方向に、前記流量計本体を貫通し
て外部に開口した２つの計測室を穿設し、該２つの計測
室内にそれぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿
入して固定し、前記渦発生体の両側面には、前記２つの
計測室の一方の計量室内の振動センサに作用する圧力の
方向と、もう一方の計量室内の振動センサに作用する圧
力の方向が逆になるように、それぞれ対をなす前記２つ
の計測室にそれぞれ連通する導圧孔を設けたものであ
る。

【００１１】さらに、本発明は、前記渦流量計におい
て、前記渦発生体の軸方向に、前記流量計本体を貫通し
て外部に開口した計測室を穿設し、前記渦発生体の両側
面には、前記計量室に連通する対をなす導圧孔を設け、
前記計測室内に前記一対の振動センサのうちの１個を挿
入して固定し、もう１個の振動センサを前記渦発生体の
下流に、（ｎ＋１／２）Ｐ（ただし、Ｐは渦ピッチ、ｎ
は零を含む整数）だけ離隔して前記流量計本体を貫通し
て固定したものである。

【００１２】さらに、本発明は、前記渦流量計におい
て、前記一対の振動センサを、互いに前記渦発生体の下
流に流れ方向に、（ｎ＋１／２）Ｐだけ離隔して前記流
量計本体を貫通して固定したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、実施例をあ
げて、図面により説明する。 （実施例１）図１は、本発明における渦流量計の一実施
例の構成を示す図で、（Ａ）は部分側断面図、（Ｂ）は
一部（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）の矢視
Ｂ−Ｂ断面図である。図中、１は本体、２−１，２−２
は取付座、３は渦発生体、４−１ａ，４−１ｂ，４−２
ａ，４−２ｂは導圧孔、５−１，５−２は計測室、６−
１，６−２は振動センサである。

【００１４】図において、渦流量計の本体１は、円筒状
で、被測定流体の流通する配管に介装され、その筒体上
部面及び下部面には、径方向対照に取付座２−１，２−
２を配設してある。この取付座２−１，２−２の面に直
角な方向で、かつ本体１の直径上に、渦発生体３が、矢
印に示す流体の流入方向に直角に面するように液密に固
着してある。渦発生体３の中央部軸方向に、両側から上
下二つの計測室５−１，５−２を穿設し、更に、計量室
５−１，５−２は、本体１の取付座２−１，２−２を貫
通して外部に開口してある。

【００１５】振動センサ６−１，６−２は、センサフラ
ンジ６−１ａ，６−２ａと、それに続く円筒状の検出筒
６−１ｂ，６−２ｂと、先端部に短冊状の振動体６−１
ｃ，６−２ｃが一体的に形成されてなる。計量室５−
１，５−２内には、それぞれ振動センサ６−１，６−２
を挿入し、センサフランジ６−１ａ，６−２ｂを介して
本体１の取付座２−１，２−２に片持ち方式に固着して
ある。そのとき振動体６−１ｃ，６−２ｃの受圧面は、
同じ方向となるように配設されている。

【００１６】また、渦発生体３の両側面には、それぞれ
対をなす上方の計量室５−１に連通する導圧孔４−１
ａ，４−１ｂ、下方の計量室５−２に連通する導圧孔４
−２ａ，４−２ｂが開口してある。図１（Ｂ），（Ｃ）
に示すように、計量室５−１内の振動体６−１ｃに作用
する圧力の方向と、計量室５−２内の振動体６−２ｃに
作用する圧力の方向が逆になるように、この例では導圧
孔４−１ａは、振動体６−１ｃの上流側に、そして、導
圧孔４−１ｂは下流側に開口し、導圧孔４−２ａは、振
動体６−２ｃの下流側、導圧孔４−２ｂは、上流側に開
口している。

【００１７】そして、振動体６−１ｃ，６−２ｃに印加
される力を、例えば、検出筒６−１ｂ，６−２ｂ内に封
入された圧電素子等の力検出素子、又は、ひずみ検出素
子等の振動検出素子により検出する。このように構成し
た渦流量針本体１には、アンプ部（図示せず）が取り付
けられ、振動センサ６−１，６−２の出力が入力され、
演算される。アンプ部からの出力は、リード線(図示せ
ず)を介して外部に伝送される。

【００１８】上述のように構成された渦流量計は、本体
１は配管フランジ(図示せず)間にボルト等により固着さ
れる。そして矢印流入方向からの流れにより渦発生体３
から剥離した力ルマン渦は、渦発生体３の両側面に交番
圧力変化を発生する。この交番圧力変化は、渦発生体３
に設けられた導圧孔４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４
−２ｂから振動体６−１ｃ，６−２ｃに、それぞれ逆方
向に作用し、振動センサ６−１，６−２から互いに逆位
相の渦信号が出力される。

【００１９】一方、外乱振動による振動は、振動体６−
１ｃ，６−２ｃに同じ方向に作用し、振動センサ６−
１，６−２から同位相の振動信号を生ずる。この各振動
センサ６−１，６−２の出力信号は、導線(図示せず)を
介してアンプ部に導入され、その出力は、リード線によ
り外部に伝送される。アンプ部は、差動増幅回路を構成
し、そのアンプの反転入力、非反転入力には、それぞれ
両振動センサ６−１，６−２の出力信号が入力されてお
り、振動センサ６−１，６−２の出力信号の同相分は相
殺され、逆相分のみが増幅された出力が得られる。この
ようにすれば、アンプ部からは、外部振動による出力は
相殺され、渦振動成分は倍の出力が得られる。

【００２０】図２は、アンプ部の機能を説明するための
模式図で、図２（Ａ）は、振動センサ６−１，６−２の
渦振動による出力信号、図２（Ｂ）は、外部振動による
出力信号を示し、図２（Ｃ），（Ｄ）は、それぞれアン
プ部の出力信号を示す。この演算処理による外部振動成
分の相殺、渦振動成分の増幅機能は、以下の実施例にお
いても同様である。

【００２１】（実施例２）図３は、本発明による渦流量
計の別の実施例の構成を示す図で、（Ａ）は部分側断面
図、（Ｂ）は一部（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。図
１と共通する構成要素は、同じ符号を付した。図中、１
は本体、２−１，２−２は取付座、３は渦発生体、４−
１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂは導圧孔、５−
１，５−２は計測室、６−１，６−２は振動センサであ
る。

【００２２】図３において、本体１は流体が流れる筒状
体で、本体１には、矢印の流れ方向に直角に渦発生体３
が液密に両端固着されている。渦発生体３の上面には、
軸方向に、流れ方向前後に二つの計測室５−１，５−２
を穿設し、更に、計量室５−１，５−２は、本体１の取
付座２−１，２−２を貫通して外部に開口してある。振
動センサ６−１，６−２は、センサフランジ６−１ａ，
６−２ａと、検出筒６−１ｂ、６−２ｂと、短冊状の振
動体６−１ｃ，６−２ｃからなる。計量室５−１，５−
２内には、それぞれ振動センサ６−１，６−２を挿入
し、センサフランジ６−１ａ，６−２ｂを介して本体１
の取付座２−１，２−２に片持ち方式に固着してある。
このときも、前の実施例と同様、振動体６−１ｃ，６−
２ｃの受圧面は、同じ方向を向くように配設されてい
る。

【００２３】また、渦発生体３の両側面には、それぞれ
対をなす前方の計量室５−１に連通する導圧孔４−１
ａ，４−１ｂ、後方の計量室５−２に連通する導圧孔４
−２ａ，４−２ｂが開口してある。図３（Ｂ）に示すよ
うに、計量室５−１内の振動体６−１ｃに作用する圧力
の方向と、計量室５−２内の振動体６−２ｃに作用する
圧力の方向が逆になるように、導圧孔４−１ａは、振動
体６−１ｃの上流側に、そして、導圧孔４−１ｂは下流
側に開口し、導圧孔４−２ａは、振動体６−２ｃの下流
側、導圧孔４−２ｂは、上流側に開口している。そし
て、振動体６−１ｃ，６−２ｃに印加される力は、例え
ば、検出筒６−１ｂ，６−２ｂ内に内蔵された圧電素子
等の力検出素子、又は、ひずみ検出素子等の振動検出素
子により検出される。

【００２４】そして、この場合も、矢印流入方向からの
流れにより渦発生体３から剥離した力ルマン渦は、渦発
生体３の両側面に交番圧力変化を発生する。この交番圧
力変化は、渦発生体３に設けられた導圧孔４−１ａ，４
−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂから振動体６−１ｃ，６−
２ｃの両面にそれぞれ逆方向に作用し、振動センサ６−
１，６−２から互いに逆位相の渦信号が出力される。一
方、外乱振動による振動は、振動体６−１ｃ，６−２ｃ
に同じ方向に作用し、振動センサ６−１，６−２から同
位相の振動信号を生ずる。この各振動センサ６−１，６
−２の出力信号は、導線(図示せず)を介してアンプ部に
導入され、引き算、増幅された後、リード線により外部
に伝送される。同様に、アンプ部からの出力は、外部振
動による出力は相殺され、渦振動によるものは倍の出力
が得られる。

【００２５】（実施例３）図４は、本発明による渦流量
計のさらに別の実施例の構成を示す図で、（Ａ）は部分
側断面図、（Ｂ）は一部（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図であ
る。図中、１は本体、２−１，２−２は取付座、３は渦
発生体、４−１ａ，４−１ｂは導圧孔、５−１は計測
室、６−１，６−２は振動センサである。

【００２６】図において、本体１には、矢印の流れ方向
に直角に、渦発生体３が液密に両端固着されている。渦
発生体３の上面中央部には、軸方向に、計測室５−１を
穿設し、更に、計量室５−１は、本体１の取付座２−１
を貫通して外部に開口してある。振動センサ６−１，６
−２は、センサフランジ６−１ａ，６−２ａと、検出筒
６−１ｂ，６−２ｂと、短冊状の振動体６−１ｃ，６−
２ｃからなる。

【００２７】計量室５−１内には、振動センサ６−１を
挿入し、センサフランジ６−１ａを介して本体１の取付
座２−１に片持ち方式に固着してある。また、渦発生体
３の下流に、発生するカルマン渦の渦ピッチＰのｎ＋１
／２倍（ｎ＝０，１，２，…）離間して（理論的にはｎ
＋１／２倍であるが、カルマン渦の減衰、遅延時間等を
考慮すると、普通は、ｎ＝０、すなわち、１／２Ｐが現
実的である）設けられた取付座２−２には、本体１を貫
通して、振動センサ６−２が挿入され、センサフランジ
６−２ａを介して片持ち方式に固定してある。そして、
本体に装着された状態では、振動体６−１ｃ，６−２ｃ
は、その受圧面が同じ方向を向くように固着されるの
は、前の２つの実施例と同じである。また、渦発生体３
の両側面には、対をなす計量室５−１に連通する導圧孔
４−１ａ，４−１ｂが開口してある。

【００２８】矢印流入方向からの流れにより渦発生体３
から剥離した力ルマン渦は、渦発生体３の両側面に交番
圧力変化を発生する。この交番圧力変化は、渦発生体３
に設けられた導圧孔４−１ａ，４−１ｂから振動体６−
１ｃに作用し、振動センサ６−１からは、流速に比例し
た周波数の渦信号が出力される。また、渦発生体３の下
流、１／２Ｐ離れて設置された振動体６−２ｃは、カル
マン渦の作用を、振動体６−１ｃが受ける方向と逆方向
に受けるので、振動センサ６−２からは、逆位相の渦信
号が出力される。

【００２９】一方、外乱振動による振動は、振動体６−
１ｃ，６−２ｃに同じ方向に作用し、振動センサ６−
１，６−２から同位相の振動信号を生ずる。この各振動
センサ６−１，６−２の出力信号は、導線(図示せず)を
介してアンプ部に導入され、引き算、増幅された後、リ
ード線により外部に伝送される。同様に、アンプ部から
は、外部振動による出力は相殺され、渦振動によるもの
は倍の出力が得られる。

【００３０】（実施例４）図５は、本発明による渦流量
計のさらに別の実施例の構成を示す図で、（Ａ）は部分
側断面図、（Ｂ）は一部（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図であ
る。図中、１は本体、２−１，２−２は取付座、３は渦
発生体、６−１，６−２は振動センサである。

【００３１】図において、本体１には、矢印の流れ方向
に直角に、渦発生体３が液密に両端固着されている。渦
発生体３の下流に、互いにカルマン渦のピッチＰの（ｎ
＋１／２）倍（ｎ＝０，１，２，…）離間して（この場
合も、１／２Ｐが望ましい。）、本体１を貫通して設け
られた取付座２−１，２−２に、それぞれ振動センサ６
−１，６−２を挿入し、センサフランジ６−１ａ，６−
２ａを介して片持ち方式に固着してある。そして、本体
に装着された状態では、振動体６−１ｃ，６−２ｃは、
その受圧面が同じ方向を向くように固着されるのは、同
じである。

【００３２】矢印流入方向からの流れにより渦発生体３
から剥離した力ルマン渦は、渦発生体３の両側面に交番
圧力変化を発生する。この交番圧力変化は、振動体６−
１ｃ，６−２ｃに作用し、振動センサ６−１，６−２か
らは、流速に比例した周波数の渦信号が出力される。振
動体６−１ｃと，振動体６−２ｃとは、渦の１／２ピッ
チ分離れているので、前の実施例と同様、振動センサ６
−１と、振動センサ６−２の出力信号は、互いに逆位相
となる。一方、外乱振動による振動は、振動体６−１
ｃ，６−２ｃに同じ方向に作用し、振動センサ６−１，
６−２から同位相の振動信号を生ずる。

【００３３】この各振動センサ６−１，６−２の出力信
号は、導線(図示せず)を介してアンプ部に導入され、引
き算、増幅された後、リード線により外部に伝送され
る。同様に、アンプ部からは、外部振動による出力は相
殺され、渦振動によるものは倍の出力が得られる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、検出素子が内蔵された
振動体を一対とし、該振動体に作用する流体圧を導く構
造または、取り付け位置の工夫により、前記一対の振動
体が受ける振動の位相を、外乱振動に対しては同位相、
カルマン渦による振動に対しては逆位相となるようにす
るという簡単な構成により、両検出素子の出力信号の差
をとるだけで、カルマン渦信号成分のみが増幅され、振
動ノイズ成分は相殺された信号が得られ、小流量域で特
に問題となる外部からの振動の影響を除くことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による渦流量計の第１の実施例の構成
を示す図である。

【図２】 本発明による渦流量計における作用効果を説
明するための図である。

【図３】 本発明による渦流量計の第２の実施例の構成
を示す図である。

【図４】 本発明による渦流量計の第３の実施例の構成
を示す図である。

【図５】 本発明による渦流量計の第４の実施例の構成
を示す図である。

【符号の説明】

１…流量計本体、２−１，２−２…取付座、３…渦発生
体、４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂ…導圧
孔、５−１，５−２…計測室、６−１，６−２…振動セ
ンサ、６−１ａ，６−２ａ…センサフランジ、６−１
ｂ，６−２ｂ…検出筒、６−１ｃ，６−２ｃ…振動体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流れる流量計本体と、流体の流入
   方向に直角に面するように前記流量計本体に液密に支持
   された渦発生体と、該渦発生体から発生するカルマン渦
   による交番差圧を検出する一対の振動センサを備え、該
   一対の振動センサを互いに、カルマン渦による交番差圧
   に対しては逆位相の出力信号が得られ、前記流量計本体
   に外部から加わる振動に対しては同位相の出力信号が得
   られるような構成と成し、前記一対の振動センサの出力
   信号の差から流体流量を求めるようにしたことを特徴と
   する渦流量計。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の渦流量計において、前
   記渦発生体を前記流量計本体の直径上に両端を固着して
   取り付け、該渦発生体の中央部軸方向に、前記流量計本
   体を貫通して両側から外部に開口した上方計測室と下方
   計測室を穿設し、該上方計測室と下方計測室内に、それ
   ぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿入して固定
   し、前記渦発生体の両側面には、上方計量室内の振動セ
   ンサに作用する圧力の方向と、下方計量室内の振動セン
   サに作用する圧力の方向が逆になるように、それぞれ対
   をなす前記上方計測室及び下方計量室に連通する導圧孔
   を設けたことを特徴とする渦流量計。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の渦流量計において、前
   記渦発生体の軸方向に、前記流量計本体を貫通して外部
   に開口した２つの計測室を穿設し、該２つの計測室内に
   それぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿入して
   固定し、前記渦発生体の両側面には、前記２つの計測室
   の一方の計量室内の振動センサに作用する圧力の方向
   と、もう一方の計量室内の振動センサに作用する圧力の
   方向が逆になるように、それぞれ対をなす前記２つの計
   測室にそれぞれ連通する導圧孔を設けたことを特徴とす
   る渦流量計。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の渦流量計において、前
   記渦発生体の軸方向に、前記流量計本体を貫通して外部
   に開口した計測室を穿設し、前記渦発生体の両側面に
   は、前記計量室に連通する対をなす導圧孔を設け、前記
   計測室内に前記一対の振動センサのうちの１個を挿入し
   て固定し、もう１個の振動センサを前記渦発生体の下流
   に、（ｎ＋１／２）Ｐ（ただし、Ｐは渦ピッチ、ｎは零
   を含む整数）だけ離隔して前記流量計本体を貫通して固
   定したことを特徴とする渦流量計。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の渦流量計において、前
   記一対の振動センサを、互いに前記渦発生体の下流に、
   （ｎ＋１／２）Ｐだけ離隔して前記流量計本体を貫通し
   て固定したことを特徴とする渦流量計。