JP2001330483A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度が向上された渦流量計を提供する。 【解決手段】 カルマン渦により柱状の渦発生体あるい
は受力体に作用する捻じりの交番力を検出して流速流量
を測定する渦流量計において、測定流体の流れる管路
と、前記渦発生体あるいは受力体の前記管路側に設けら
れ一端側が前記管路に固定された第1の筒部と、この第1
の筒部の他端に一端が接続されこの第1の筒部より捻じ
り剛性が弱い第２の筒部と、この第２の筒部に設けられ
前記捻じりの交番力を検出する捻じり検出センサとを具
備した事を特徴とする渦流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感度が向上された
渦流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９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、例えば、特開昭５３−１４８４
７０号公報に示されている。図１０は図９の要部斜視図
である。

【０００３】図９，図１０において、１は測定流体の流
れる管路である。２は管路１に直角に挿入された柱状の
渦発生体で、この場合は両端が管路１に固定された断面
三角形状のものを示したが、他の形状、例えば断面矩形
状等でもよい。

【０００４】２１は渦発生体２に連結された支持部で、
この場合は円筒状に構成されている。２２は支持部２１
を介して渦発生体２を支持する取付けフランジである。
３１は円筒状の検出センサ部で、支持部２１の円筒内に
設けられ、せん断応力に対して感度の大きい性格を有す
るものが用いられている。

【０００５】この場合は、ニオプ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）よりなる圧電素子が使用されている。３２は封着
体で、絶縁材よりなり、検出センサ部３１を支持部２１
の円筒内に周囲より絶縁して封着するもので、この場合
はガラス材が用いられている。而して、検出センサ部３
１と封着体３２により応力検出部３が構成される。

【０００６】以上の構成において、管路１内に測定流体
が矢印Ｘの方向に流れ、渦発生体２に流れがあたると、
その後、流速に渦が発生する。この渦により、渦発生体
２に生ずる交番の揚力により、渦発生体２には曲げモー
メントＭとねじりモーメントＱが働く。

【０００７】支持部２１には、このねじりモーメントＱ
によりせん断応力が生じ、検出センサ部３１により内部
応力の変化（この場合は電圧の変化）が検出される。

【０００８】この変化の回数を検出する事により渦発生
周波数が検出できる。今、検出センサ部として圧電素子
を便用した場合について、その検出原理を説明すると、
圧電素子は応力σ₁を受けると圧電効果により電圧△Ｖ₁
を発生する。

【０００９】式で示すと次の如くなる。 ΔＶ₁＝ｄ・σ₁・ｔ （１） σ₁＝ｎ₁（Ｆ／Ａ₁） （２）

【００１０】ここで、ｄ：圧電定数 ｔ：電極間距離 ｎ₁：定数 Ａ₁：センサ部の剛性 Ｆ：渦放出による交番力

【００１１】本発明の内部応力検出方式では、渦発生体
２内に生じる応力を直接検出するものであり、小さな応
力でも充分な出力が得られる。この結果、センサ部の剛
性を大きくすることができる。

【００１２】

【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、渦発生により渦発生体２が受ける
ねじりモーメントは、応力検出部３が挿入された支持部
２１に伝達される。応力検出部３が挿入された支持部２
１と管路１との隙間に異物がつまった場合、応力検出部
３に働く応力分布のバランスがくずれ、配管振動をキャ
ンセルできなくなり、振動ノイズを出力する可能性があ
る。

【００１３】管路１と一体型の鋳物で隙間のない構造を
とることも可能である。しかし、検出感度を上げようと
すると、管路１と支持部２１との間に隙間を設ける必要
がある。

【００１４】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、感度が向上された渦流量計を提供することにあ
る。

【００１５】

【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の渦流量計において
は、カルマン渦により柱状の渦発生体あるいは受力体に
作用する捻じりの交番力を検出して流速流量を測定する
渦流量計において、測定流体の流れる管路と、前記渦発
生体あるいは受力体の前記管路側に設けられ一端側が前
記管路に固定された第1の筒部と、この第1の筒部の他端
に一端が接続されこの第1の筒部より捻じり剛性が弱い
第２の筒部と、この第２の筒部に設けられ前記捻じりの
交番力を検出する捻じり検出センサとを具備した事を特
徴とする。

【００１６】本発明の請求項２においては、請求項1又
は請求項２記載のカルマン渦流量計において、前記第２
の筒部が前記第1の筒部より外形が小さく内径が同じで
薄肉に形成されたことを特徴とする。

【００１７】本発明の請求項３においては、請求項1又
は請求項２記載のカルマン渦流量計において、前記第２
の筒部が前記管路内に突出されたことを特徴とする。

【００１８】本発明の請求項４においては、請求項1乃
至請求項3の何れかに記載のカルマン渦流量計におい
て、前記捻じり検出センサとして、剪断応力検出形圧電
素子が使用されたことを特徴とする。

【００１９】本発明の請求項５においては、請求項1乃
至請求項４の何れかに記載のカルマン渦流量計におい
て、前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の重心軸を対
称軸として配置された捻じり検出センサを具備した事を
特徴とする。

【００２０】

【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、
図2は図1の要部詳細説明図、図３は図1のＡ−Ａ断面
図、図４は図1の平面図、図５は図1の要部詳細説明図で
ある。図において、図９と同一記号の構成は同一機能を
表す。以下、図９と相違部分のみ説明する。

【００２１】図において、第1の筒部４１は、渦発生体
２の管路１側に設けられ、一端側が管路１に固定されて
いる。第２の筒部４２は、第1の筒部４１の他端に一端
が接続され、この第1の筒部４１より捻じり剛性が弱く
されている。

【００２２】この場合は、第２の筒部４２が第1の筒部
４１より外形が小さく、内径が同じで薄肉に形成され、
第２の筒部４２が管路１内に突出されている。捻じり検
出センサ５１は、この第２の筒部４２に設けられ、捻じ
りの交番力を検出する。

【００２３】この場合は、捻じり検出センサ５１とし
て、剪断応力検出形圧電素子が使用されている。また、
捻じり検出センサ５１は、渦発生体２の軸方向の重心軸
を対称軸として配置されている。

【００２４】捻じり検出センサ５１自体は、図５に示す
如く、例えば、書名：超音波エレクトロニクス振動論Ｐ
１１８〜Ｐ１２３、発行日：１９９８年２月２０日、著
者：富川義朗、発行所：朝倉書店、に示されている。図
において、Ａは分極方向、Ｂは捻じりひずみを示す。

【００２５】この場合は、捻じり検出センサ５１は、円
環をいくつかに分割し、この場合は４個、周方向に電界
をかけ分極Ａする。ねじり力Ｂが働くとせん断応力が周
方向に加わるため、圧電素子のすべり（せん断）モード
により電荷が発生する。

【００２６】また、捻じり検出センサ５１の軸周り以外
のせん断応力に関しては、応力方向の左右でキヤンセル
される。また、振動による曲げや検出素子の軸方向の振
動による圧縮は、厚さ方向の応力として検出素子に加わ
るが、分極方向と直交するため、出力は発生しない構造
となっている。

【００２７】以上の構成において、カルマン渦の生成に
より渦発生体２に、交番のねじれ応力が働き、それに伴
い捻じり検出センサ５１に交番の出力が生ずる。この出
力変動の周波数を測定する事により、渦周波数すなわち
流量を測定する事が出来る。

【００２８】捻じり検出センサ５１の中心軸を、渦発生
体２の軸方向の重心軸上におくことにより、外部振動が
働いても、捻じり検出センサ５１にはトルクが働かず、
振動により捻じり検出センサ５１に曲げや軸方向の応力
が働いても、この捻じり検出センサ５１は厚さ方向の応
力には出力しない。

【００２９】この結果、 （１）第1の筒部４１より捻じり剛性が弱い第２の筒部
４２に捻じり検出センサが５１設けられたので、感度が
向上された渦流量計が得られる。 （２）第２の筒部４２が第1の筒部４１より外形が小さ
く内径が同じで薄肉に形成されたので、管路１と渦発生
体２との間に異物が詰まっても、第１の筒部の剛性が高
いため詰まりの影響を受けにくく、信頼性が向上された
渦流量計が得られる。

【００３０】（３）第２の筒部４２が管路１内に突出さ
れたので、第２の筒部４２が詰まることがなく、更に、
信頼性が向上された渦流量計が得られる。 （４）捻じり検出センサ５１として、剪断応力検出形圧
電素子が使用されたので、ひずみゲージなどに比べて、
検出部を剛構造にすることができ、耐圧が上がるととも
に信頼性が向上された渦流量計が得られる。

【００３１】（５）捻じり検出センサ５１が、渦発生体
２の軸方向の重心軸を対称軸として配置されたので、外
部振動が働いても、捻じり検出センサ５１にはトルクが
働かず、振動により捻じり検出センサ５１に曲げや軸方
向の応力が働いても、この捻じり検出センサ５１は厚さ
方向の応力には出力しない。

【００３２】この結果、外部振動に対して、きわめてＳ
／Ｎ比の良い検出部を構成することができる渦流量計が
得られる。

【００３３】図６は本発明の他の実施例の要部構成説明
図、図７は図６のＢ−Ｂ断面図、図８は図６の平面図で
ある。本実施例においては、受力体６１に捻じり検出セ
ンサ５１が配置された実施例である。

【００３４】なお、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。

【００３５】

【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。第1の筒部より捻じ
り剛性が弱い第２の筒部に捻じり検出センサが設けられ
たので、感度が向上された渦流量計が得られる。

【００３６】本発明の請求項２によれば、次のような効
果がある。第２の筒部が第1の筒部より外形が小さく内
径が同じで薄肉に形成されたので、管路と渦発生体との
間に異物が詰まっても、第１の筒部の剛性が高いため詰
まりの影響を受けにくく、信頼性が向上された渦流量計
が得られる。

【００３７】本発明の請求項３によれば、次のような効
果がある。第２の筒部が管路内に突出されたので、第２
の筒部が詰まることがなく、更に、信頼性が向上された
渦流量計が得られる。

【００３８】本発明の請求項４によれば、次のような効
果がある。捻じり検出センサとして、剪断応力検出形圧
電素子が使用されたので、ひずみゲージなどに比べて、
検出部を剛構造にすることができ、耐圧が上がるととも
に信頼性が向上された渦流量計が得られる。

【００３９】本発明の請求項５によれば、次のような効
果がある。捻じり検出センサが、渦発生体あるいは受力
体の軸方向の重心軸を対称軸として配置されたので、外
部振動が働いても、捻じり検出センサにはトルクが働か
ず、振動により捻じり検出センサに曲げや軸方向の応力
が働いても、この捻じり検出センサは厚さ方向の応力に
は出力しない。

【００４０】この結果、外部振動に対して、きわめてＳ
／Ｎ比の良い検出部を構成することができる渦流量計が
得られる。

【００４１】従って、本発明によれば、感度が向上され
た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】図1の要部詳細説明図である。

【図３】図1のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図1の平面図である。

【図５】図1の要部詳細説明図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】図６の平面図である。

【図９】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１０】図９の斜視図である。

【符号の説明】

１ 管路 ２ 渦発生体 ４１ 第1の筒部 ４２ 第２の筒部 ５１ 捻じり検出センサ ６１ 受力体 A 分極方向 B 捻じりひずみ X 測定流体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カルマン渦により柱状の渦発生体あるいは
   受力体に作用する捻じりの交番力を検出して流速流量を
   測定する渦流量計において、 測定流体の流れる管路と、 前記渦発生体あるいは受力体の前記管路側に設けられ一
   端側が前記管路に固定された第1の筒部と、 この第1の筒部の他端に一端が接続されこの第1の筒部よ
   り捻じり剛性が弱い第２の筒部と、 この第２の筒部に設けられ前記捻じりの交番力を検出す
   る捻じり検出センサとを具備した事を特徴とする渦流量
   計。
2. 【請求項２】前記第２の筒部が前記第1の筒部より外形
   が小さく内径が同じで薄肉に形成されたことを特徴とす
   る請求項1記載の渦流量計。
3. 【請求項３】前記第２の筒部が前記管路内に突出された
   ことを特徴とする請求項1又は請求項２記載の渦流量
   計。
4. 【請求項４】前記捻じり検出センサとして、剪断応力検
   出形圧電素子が使用されたことを特徴とする請求項1乃
   至請求項3の何れかに記載の渦流量計。
5. 【請求項５】前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の重
   心軸を対称軸として配置された捻じり検出センサを具備
   した事を特徴とする請求項1乃至請求項４の何れかに記
   載の渦流量計。