JP2001349754A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡潔な構成により安価で、Ｓ／Ｎ比，メンテ
ナンス性が向上され、サニタリ等に好適な渦流量計を提
供する。 【解決手段】 カルマン渦による交番圧力変動を検出し
て流速流量を測定する渦流量計において、測定流体が流
れる管路と、前記渦発生体あるいはこの渦発生体の下流
側の管路に管路の外側より設けられた凹部と、この凹部
に設けられ前記渦発生体の中心軸を挟んで測定流体の流
れ方向と直角方向に対称に配置され前記交番圧力を検出
する第1，第2の圧力検出素子とを具備したことを特徴と
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、簡潔な構成により
安価で、Ｓ／Ｎ比，メンテナンス性が向上され、サニタ
リ等に好適な渦流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５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、特開平１１−２４８
５０２号公報に示されている。図１６は図１５の詳細説
明図、図１７は図１５の電気回路説明図である。

【０００３】図１５〜図１７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】取付け平面１１は、柱状の渦発生体１２の
中心軸に直交して、管路１０に設けられている。第１の
圧力センサ１２は、渦発生体１２により発生する渦周波
数を検出するように、取付け平面１１に直交して取付ら
れている。

【０００５】第１の圧力センサ１２は、この場合は、図
１６に示す如く、凹部１２２を有し管路１０に取付られ
るホルダー１２１と、このホルダー１２１の凹部１２２
の底部に、圧力素子１２３、絶縁体１２４、加重体１２
５、ばね１２６、固定体１２７と順次積み重ねられてい
る。

【０００６】固定体１２７は、ホルダー１２１に溶接１
２８固定されている。圧力素子１２３は、この場合は、
圧電素子が使用されている。

【０００７】第２の圧力センサ１３は、渦発生体１２に
より発生する渦周波数を検出するように、取付け平面１
１に直交し、渦発生体１２に対して、第１の圧力センサ
１２と対称位置に配置取付けられている。

【０００８】第２の圧力センサ１３も、図１６に示す如
く，第１の圧力センサ１２と同様に、凹部１３２を有し
管路１０に取付られるホルダー１３１と、このホルダー
１２１の凹部１３２の底部に、圧力素子１３３、絶縁体
１３４、加重体１３５、ばね１３６、固定体１３７と順
次積み重ねられている。

【０００９】固定体１３７は、ホルダー１３１に溶接１
３８固定されている。圧力素子１２３は、この場合は、
圧電素子が使用されている。固定フランジ１４は、第１
の圧力センサ１２と第２の圧力センサ１３とを、取付け
平面１１に固定するフランジである。

【００１０】管路振動ノイズ除去回路１５は、第１の圧
力センサ１２と第２の圧力センサ１３との出力を演算し
て、第１の圧力センサ１２と第２の圧力センサ１３とが
検出した管路振動ノイズを除去する。

【００１１】具体的には、第１の圧力センサ１２と第２
の圧力センサ１３との出力を、それぞれチヤージコンバ
ータ１５１，１５２を介して、差動増幅器１５３に入力
するようにする。

【００１２】以上の構成において、測定流体Ｘが流され
ると、渦発生体１２から渦が放出され、渦発生体１２の
下流側に渦列が形成される。カルマン渦の有する循環流
により負圧が生じる。

【００１３】このため、第１，第２の圧力センサ１２，
１３では、測定流体ＦＬoに接するホルダ１２１，１３
１の底面には、圧力変動が加わる事になる。第１，第２
の圧力センサ１２，１３の内部の圧電素子１２３，１３
３に圧力変化に対応した交番圧力が発生する。

【００１４】カルマン渦は渦発生体１２の左右で、交互
に発生することから、２個の圧電素子１２３，１３３に
生じる信号は逆相である。圧電素子１２３，１３３に加
わる力としては、カルマン渦信号以外には、（１）ポン
プ等の駆動源による脈動圧と（２）管路振動とがある。

【００１５】２個の圧電素子１２３，１３３が、管路１
０の中心軸方向の同じ距離にあれば、遠方の駆動源によ
り発生する脈動圧は、同一時刻に第１，第２の圧力セン
サ１２，１３に到達する。

【００１６】即ち、２個の圧電素子１２３，１３３に発
生するノイズは、同相である。管路振動に関しても、振
動面は同一であること、また、２個の圧電素子１２３，
１３３に加わる慣性力の方向も同じことから、管路振動
ノイズも同相となる。

【００１７】しかして、図１７に示す如く、第１，第２
の圧力センサ１２，１３に発生した電荷は、チャージコ
ンバータ１５１，１５２により、電圧に変換された後、
差動増幅器１５３により同相のノイズ成分はキャンセル
される。

【００１８】なお、圧電素子１２３，１３３の圧電定数
や容量、或いは、チャージコンバータ１５１，１５２の
帰還容量の差などによって生じるノイズ電圧の大きさの
違いは、差動増幅器１５３の入力抵抗値の一部を可変に
しておけば良い。

【００１９】

【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、管路に２つの圧カセンサ１２，１
３を設置し、渦による圧力変動を差動で検出する方式
は、管路１外からセンサ交換が容易にできる反面、２つ
の圧カセンサ１２，１３を別々におく必要がある。

【００２０】従って、スペース的に、特に、通しボルト
が干渉するウエハタイプにおいて、構成が因難であっ
た。また、渦発生体２の左右すぐ横に置くことで、スペ
ース的な面はクリアできる。

【００２１】また、２つのセンサ１２，１３を別々に取
り付けるために、２つのセンサ１２，１３の固定条件が
揃い難く、振動などのノイズをバランス良くキャンセル
することが難しい。

【００２２】また、防爆性や耐環境性を考慮した場合、
２つの圧カセンサ１２，１３へのリ一ド線の処理やセン
サ１２，１３のケースなど、構造的に、コスト的に不利
な構造となっている。

【００２３】また、接液部に隙間が有り、隙間腐食や詰
まりが発生によるし易い。また、細菌等の繁殖をなくす
ことが出来ず、食品（サニタリ）や半導体用の純水には
使用することが出来なかった。

【００２４】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、簡潔な構成により安価で、Ｓ／Ｎ比，メンテナン
ス性が向上され、サニタリ等に好適な渦流量計を提供す
ることにある。

【００２５】

【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、カルマン渦による交番圧力変動を検出して流速流量
を測定する渦流量計において、測定流体が流れる管路
と、前記渦発生体あるいはこの渦発生体の下流側の管路
に管路の外側より設けられた凹部と、この凹部に設けら
れ前記渦発生体の中心軸を挟んで測定流体の流れ方向と
直角方向に対称に配置され前記交番圧力を検出する第
1，第2の圧力検出素子とを具備したことを特徴とする。

【００２６】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、前記第1，第2の圧力検
出素子として、圧電素子が使用されたことを特徴とす
る。

【００２７】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、前記第1，第2の圧力検
出素子として、静電容量電極が使用されたことを特徴と
する。

【００２８】本発明の請求項４においては、請求項1乃
至請求項３の何れかに記載の渦流量計において、前記第
1，第2の圧力検出素子を前記凹部に着脱自由に固定取付
ける取付け手段を具備したことを特徴とする。

【００２９】本発明の請求項５においては、請求項４記
載の渦流量計において、前記取付け手段として、前記第
1，第2の圧力検出素子を前記凹部に固定する固定棒と、
この固定棒を前記カプセルにねじ止めするねじとを具備
したことを特徴とする。

【００３０】本発明の請求項６においては、請求項1乃
至請求項５の何れかに記載の渦流量計において、前記管
路と前記渦発生体とが始めから一体に鋳物で形成された
ことを特徴とする。

【００３１】

【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の側面図、図３は図1の平面図、図４は図２の
要部詳細説明図、図５，図6，図7は図４の要部詳細説明
図である。

【００３２】図において、図１５と同一記号の構成は同
一機能を表す。以下、図１５と相違部分のみ説明する。
図において、凹部２１は、渦発生体２あるいはこの渦発
生体２の下流側の管路１に、管路１の外側より設けられ
ている。

【００３３】第1，第2の圧力検出素子２２，２３は、凹
部２１に設けられ、渦発生体２の中心軸を挟んで、測定
流体Ｘの流れ方向と直角方向に対称に配置され、渦発生
による交番圧力を検出する。

【００３４】この場合は、第1，第2の圧力検出素子２
２，２３として圧電素子が使用されている。また、この
場合は、取付け手段２４により、第1，第2の圧力検出素
子２２，２３は凹部２１に着脱自在に固定取付けられて
いる。

【００３５】具体的には、取付け手段２４として、第
1，第2の圧力検出素子２２，２３を凹部２１に固定する
固定棒２４１と、この固定棒２４１を管路１にねじ止め
するねじ２４２とを有する。

【００３６】なお、図４に示す如く、第1，第2の圧力検
出素子２２，２３には、電極２５と絶縁板２６とが取り
付けられている。

【００３７】更に、この場合は、第1，第2の圧力検出素
子２２，２３は、図５に示す如く、円を１／２にカット
した半月状の圧電素子２２，２３から構成され、図６に
示す如く、それぞれの半月形２２，２３が、単独に圧力
を検出出来るように、図７に示す如く、厚さ方向に分極
Ｂされている。

【００３８】そして、第1，第2の圧力検出素子２２，２
３は、凹部２１内に収納されている。なお、凹部２１の
形状は、底面２１１が測定流体圧に耐えるだけの厚さが
確保されており、底面２１１部分を介し、圧力変動を第
1，第2の圧力検出素子２２，２３に伝達される。

【００３９】また、第1，第2の圧力検出素子２２，２３
を、凹部２１の底面２１１に配置し、内外の部品の質量
をできるだけ軽く、また、揃えることにより、振動によ
る外力から発生するノイズを押さえることが出来る。

【００４０】この第1，第2の圧力検出素子２２，２３を
組み込んだ凹部２１を、この場合は、渦発生体２の上部
に配置されている。そして、この場合は、管路１と渦発
生体２とが始めから一体に鋳物で形成されている。

【００４１】渦発生体２の形状は、第1，第2の圧力検出
素子２２，２３全面に、渦発生による圧カ変動を伝えや
すいように、また、渦発生体２の曲げ振動の影響を小さ
くするために、図１，図２に示す如く、渦発生体２のカ
プセル２１との接部Ａは、薄くして置く。接部Ａの形状
を分かりやすくするために、図２においては、渦発生体
２の部分は、断面でなく外形図で示されている。なお、
渦発生体２の断面形状が、例えば、Ｔ字型等でも良い。

【００４２】以上の構成において、カルマン渦の生成に
よる圧力変動は、第1，第2の圧力検出素子２２，２３に
逆位相で作用し、振動ノイズや脈動圧によるノイズは同
相で作用する。

【００４３】このために、この第1，第2の圧力検出素子
２２，２３の出力を差動で演算することにより、振動や
脈動によるノイズはキャンセルされ、渦信号をＳ／Ｎ比
良く検出することが出来る。

【００４４】第1，第2の圧力検出素子２２，２３の出カ
は、同一の凹部２１に収納されているために、出力はあ
る程度揃っているが、第1，第2の圧力検出素子２２，２
３の出力比を電気的にバランス調整して差をとれば、更
に、Ｓ／Ｎ比が向上された渦流量計が得られる。

【００４５】凹部２１と管路１と渦発生体２とは、例え
ば、一体鋳物で作る事が出来るので、接液部分に隙間も
なく、シール部や溶接部分もない構造とすることが出
来、サニタリや純水などの用途に好適な渦流量計が得ら
れる。

【００４６】また、第1，第2の圧力検出素子２２，２３
を凹部２１に着脱自由に配置することにより、オンライ
ンで第1，第2の圧力検出素子２２，２３の交換が可能と
なる。

【００４７】この結果、 （１）第1，第2の圧力検出素子２２，２３を1個のカプ
セル２１内に配置するようにしたので、２個の圧力検出
素子２２，２３の固定条件が揃い易く、振動ノイズや脈
動圧によるノイズの大きさを揃え易く、第1，第2の圧力
検出素子２２，２３に逆位相で作用するカルマン渦の生
成による圧力変動と、同相で作用する振動ノイズや脈動
圧によるノイズとを、差動で演算することにより、渦に
よる圧力変動をＳ／Ｎ比良く、簡単な構造で、安価に検
出できる渦流量計が得られる。

【００４８】（２）管路１には管路１の外側より凹部２
１のみが設けられたので、測定流体Ｘが管路１外に漏れ
る恐れのない渦流量計が得られる。

【００４９】（３）凹部２１と管路１とは、例えば、一
体鋳物で作る事が出来るので、測定流体Ｘに接する管路
１の内壁に、溶接部分やシール部分や隙間がなく、腐食
等に強く、サニタリや純水などの用途に好適な渦流量計
が得られる。

【００５０】（４）測定流体Ｘを止めることなく、第
1，第2の圧力検出素子２２，２３の交換も可能であるた
めに、高信頼性が得られる渦流量計が得られる。

【００５１】（５）第1，第2の圧力検出素子２２，２３
として、圧電素子が使用されたので、圧電素子は市場性
が有り、安価な渦流量計が得られる。

【００５２】（６）第1，第2の圧力検出素子２２，２３
が着脱自由になるので、測定流体Ｘを止めることなく、
第1，第2の圧力検出素子２２，２３センサの交換も可能
となり、メンテナンス性が向上された渦流量計が得られ
る。

【００５３】（７）取付け手段２４として、固定棒２４
１とねじ２４２のみが使用されたので、安価な渦流量計
が得られる。

【００５４】（８）管路１と渦発生体２とが始めから一
体に鋳物で形成されたので、安価で、隙間腐食に強く、
サニタリ等に好適な渦流量計が得られる。

【００５５】図８は本発明の他の実施例の要部斜視構成
説明図、図９は図７の平面図、図１０は図７の側面図で
ある。

【００５６】本実施例においては、円盤状の圧電素子本
体３０1の一面に共通電極３０２が設けられ、円盤状の
圧電素子本体３０1の他面にそれぞれ半月状の電極３１
１，３２１が設けられて構成された、第1，第2の圧力検
出素子３１，３２が使用された実施例である。

【００５７】図１１は本発明の他の実施例の要部斜視構
成説明図、図１2は図１1の側面図、図１３は図１1の平
面図、図１４は図１２の要部詳細説明図である。本実施
例においては、第1，第2の圧力検出素子４１，４２とし
て、静電容量電極が利用された実施例である。

【００５８】図において、凹部２１の底面２１１部分
が、ダイアフラム状に薄く形成されて共通電極４０１を
構成する。

【００５９】凹部２１に挿入された固定棒４３１に、絶
縁板４０２を介して、共通電極４０１に対向し、共通電
極４０１とわずかの隙間を保って、それぞれ、半月状の
静電容量電極４１１，４２１が設けられている。

【００６０】そして、共通電極４０１と静電容量電極４
１１，４２１とにより、それぞれ、第1，第2の圧力検出
素子４１，４２が構成されている。

【００６１】この結果、第1，第2の圧力検出素子４１，
４２として、静電容量電極が使用されたので、静電容量
形圧力検出素子は安価で、高温での使用が可能であり、
安価で高耐熱の渦流量計が得られる。

【００６２】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。

【００６３】

【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。 （１）第1，第2の圧力検出素子を1個のカプセル内に配
置するようにしたので、２個の圧力検出素子の固定条件
が揃い易く、振動ノイズや脈動圧によるノイズの大きさ
を揃え易く、第1，第2の圧力検出素子に逆位相で作用す
るカルマン渦の生成による圧力変動と、同相で作用する
振動ノイズや脈動圧によるノイズとを、差動で演算する
ことにより、渦による圧力変動をＳ／Ｎ比よく、簡単な
構造で、安価に検出できる渦流量計が得られる。

【００６４】（２）管路には管路の外側より凹部のみが
設けられたので、測定流体が管路外に漏れる恐れのない
渦流量計が得られる。

【００６５】（３）凹部と管路とは、例えば、一体鋳物
で作る事が出来るので、測定流体に接する管路の内壁
に、隙間がなく、腐食等に強く、溶接部やシール部もな
いため、サニタリや純水などの用途に好適な渦流量計が
得られる。

【００６６】（４）測定流体を止めることなく、第1，
第2の圧力検出素子の交換も可能であるために、高信頼
性が得られる渦流量計が得られる。

【００６７】本発明の請求項２によれば、次のような効
果がある。第1，第2の圧力検出素子として、圧電素子が
使用されたので、圧電素子は市場性が有り、安価な渦流
量計が得られる。

【００６８】本発明の請求項３によれば、次のような効
果がある。第1，第2の圧力検出素子として、静電容量電
極が使用されたので、静電容量形圧力検出素子は安価
で、高温での使用が可能であり、安価で高耐熱の渦流量
計が得られる。

【００６９】本発明の請求項４によれば、次のような効
果がある。第1，第2の圧力検出素子が着脱自由になるの
で、測定流体を止めることなく、第1，第2の圧力検出素
子の交換が容易となり、メンテナンス性が向上された渦
流量計が得られる。

【００７０】本発明の請求項５によれば、次のような効
果がある。取付け手段として、固定棒とねじのみが使用
されたので、安価な渦流量計が得られる。

【００７１】本発明の請求項６によれば、次のような効
果がある。管路と渦発生体とが始めから一体に鋳物で形
成されたので、安価で隙間腐食に強く、サニタリ等に好
適な渦流量計が得られる。

【００７２】従って、本発明によれば、簡潔な構成によ
り安価で、Ｓ／Ｎ比，メンテナンス性が向上され、サニ
タリ等に好適な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の側面図である。

【図３】図1の平面図である。

【図４】図２の要部詳細説明図である。

【図５】図４の要部詳細説明図である。

【図６】図４の要部詳細説明図である。

【図７】図４の要部詳細説明図である。

【図８】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図９】図７の平面図である。

【図１０】図７の側面図である。

【図１１】本発明の他の実施例の要部構成説明図であ
る。

【図１２】図1１の側面図である。

【図１３】図1１の平面図である。

【図１４】図１２の要部詳細説明図である。

【図１５】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１６】図１５の要部詳細説明図である。

【図１７】図１５の電気回路説明図である。

【符号の説明】

１ 管路 ２ 渦発生体 ２１ 凹部 ２１１ 底面 ２２ 第1の圧力検出素子 ２３ 第2の圧力検出素子 ２４ 取付け手段 ２４１ 固定棒 ２４２ ねじ ２５ 電極 ２６ 絶縁板 ３０１ 圧電素子本体 ３０２ 共通電極 ３１ 第1の圧力検出素子 ３１１ 電極 ３２ 第2の圧力検出素子 ３２１ 電極 ４０２ 絶縁板 ４１ 第1の圧力検出素子 ４１１ 静電容量電極 ４２ 第2の圧力検出素子 ４２１ 静電容量電極 ４３ 取付け手段 ４３１ 共通電極 ４３２ 固定棒 Ａ 接部 Ｂ 分極 X 測定流体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カルマン渦による交番圧力変動を検出して
   流速流量を測定する渦流量計において、 測定流体が流れる管路と、 前記渦発生体あるいはこの渦発生体の下流側の管路に管
   路の外側より設けられた凹部と、 この凹部に設けられ前記渦発生体の中心軸を挟んで測定
   流体の流れ方向と直角方向に対称に配置され前記交番圧
   力を検出する第1，第2の圧力検出素子とを具備したこと
   を特徴とする渦流量計。
2. 【請求項２】前記第1，第2の圧力検出素子として、圧電
   素子が使用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1，第2の圧力検出素子として、静電
   容量電極が使用されたことを特徴とする請求項1記載の
   渦流量計。
4. 【請求項４】前記第1，第2の圧力検出素子を前記凹部に
   着脱自由に固定取付ける取付け手段を具備したことを特
   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】前記取付け手段として、前記第1，第2の圧
   力検出素子を前記凹部に固定する固定棒と、 この固定棒を前記カプセルにねじ止めするねじとを具備
   したことを特徴とする請求項４記載の渦流量計。
6. 【請求項６】前記管路と前記渦発生体とが始めから一体
   に鋳物で形成されたことを特徴とする請求項1乃至請求
   項５の何れかに記載の渦流量計。