JP2002048610A

JP2002048610A - 渦流量計

Info

Publication number: JP2002048610A
Application number: JP2000231239A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Yamazaki; 大輔山崎; Shuji Urabe; 修司占部; Hiroaki Motohashi; 浩明本橋; Katsumi Ishida; 克己石田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で製造が容易になり信頼性を向上
させることができる渦流量計を提供する。【解決手段】測定管２は、純水や薬液などの流量を測
定可能なように四ふっ化エチレン樹脂によって一体成形
されている。渦発生体３は、測定管２と同じ材質によっ
て一体成形されており、測定管２と同じく射出成形機な
どによって製造される。渦発生体３には、渦発生体３の
内部に揚力検出部４を収納する収納部３ａが一体成形さ
れている。揚力検出部４は、渦発生体３に作用する揚力
を検出する圧電バイモルフ型センサであり、渦発生体３
の内部に収納されている。このように、渦発生体３が測
定管２と一体成形され、揚力検出部４が渦発生体３の内
部に収納されているために流体Ｆが漏れ出すことがな
く、渦流量計の信頼性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体の流量を測
定する渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１１−６７４８号公報には、流体
が流れる測定管と、この測定管内に渦を発生させる渦発
生体と、この渦発生体が発生する渦によって生ずる揚力
が作用する揚力作用部と、この揚力作用部に作用する揚
力を検出する揚力検出部とを備える渦流量計が開示され
ている。このような従来の渦流量計では、揚力作用部に
形成された収納部に揚力検出部が収納された後に、測定
管を貫通する挿入孔にこの揚力作用部が挿入されて、こ
の貫通孔と揚力作用部との間の間隙部がＯリングなどの
密封部材によって密封される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の渦流量
計では、測定管と揚力作用部とが分離可能な構造である
ために、挿入孔と揚力作用部との間の間隙部の密封が不
十分であると、測定管内を流れる流体がこの間隙部から
漏れ出す可能性があった。このために、半導体産業など
で使用される腐食性の流体などの流量を測定する場合に
は、渦流量計としての信頼性が低下してしまうという問
題があった。

【０００４】この発明の課題は、構造が簡単で製造が容
易になり信頼性を向上させることができる渦流量計を提
供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、以下のよう
な解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発
明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これ
に限定するものではない。請求項１の発明は、流体
（Ｆ）が流れる測定管（２）と、前記測定管内に渦を発
生させる渦発生体（３）と、前記渦発生体に作用する揚
力を検出する揚力検出部（４）とを含む渦流量計におい
て、前記渦発生体は、前記測定管と一体に形成され、前
記揚力検出部は、前記渦発生体の内部に収納されている
ことを特徴とする渦流量計（１）である。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１に記載の渦流
量計において、前記測定管及び前記渦発生体は、合成樹
脂で一体成形されていることを特徴とする渦流量計であ
る。

【０００７】請求項３の発明は、流体（Ｆ）が流れる測
定管（２）と、前記測定管内に渦を発生させる渦発生体
（３）と、前記渦発生体が発生する渦によって生ずる揚
力が作用する揚力作用部（８）と、前記揚力作用部に作
用する揚力を検出する揚力検出部（９）とを含む渦流量
計において、前記渦発生体は、前記測定管と一体に形成
され、前記揚力作用部は、前記渦発生体の下流側に前記
測定管と一体に形成され、前記揚力検出部は、前記揚力
作用部の内部に収納されていることを特徴とする渦流量
計（７）である。

【０００８】請求項４の発明は、請求項３に記載の渦流
量計において、前記測定管、前記渦発生体及び前記揚力
作用部は、合成樹脂で一体成形されていることを特徴と
する渦流量計である。

【０００９】請求項５の発明は、請求項２又は請求項４
に記載の渦流量計において、前記合成樹脂は、四ふっ化
エチレン樹脂であることを特徴とする渦流量計である。

【００１０】請求項６の発明は、請求項１から請求項５
までのいずれか１項に記載の渦流量計において、前記揚
力検出部は、圧力変化に応じて電気信号を出力するセン
サであることを特徴とする渦流量計である。

【００１１】請求項７の発明は、請求項６に記載の渦流
量計において、前記揚力検出部は、圧電バイモルフ型セ
ンサであることを特徴とする渦流量計である。

【００１２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図面を参
照して、この発明の第１実施形態について説明する。図
１は、この発明の第１実施形態に係る渦流量計の断面図
である。図２は、図１に示すII−II線で切断した状態を
示す断面図である。図３は、図１に示すIII−III線で切
断した状態を一部省略して示す断面図である。図４は、
図１に示すIV部分を拡大して示す断面図である。図５
は、図２に示すＶ部分を拡大して示す断面図である。

【００１３】渦流量計１は、流体Ｆが流れる測定管２内
に渦を発生させて、この流体Ｆの流量を測定する装置で
ある。渦流量計１は、図１及び図２に示すように、測定
管２と、渦発生体３と、揚力検出部４と、回路基板５
と、カバー６とを備えている。

【００１４】測定管２は、流体Ｆが流れる管路である。
測定管２には、例えば、気体、液体、蒸気などの流体Ｆ
が図中矢印方向に通過する。測定管２は、合成樹脂で一
体成形されており射出成形機などによって製造される。
測定管２は、純水や薬液などの流量を測定可能なよう
に、四ふっ化エチレン樹脂（商品名テフロン）などのフ
ッ素樹脂によって一体成形することが好ましい。測定管
２は内径が６ｍｍ又は１２ｍｍ程度である。測定管２の
内周部には、スロート部２ａが形成されている。

【００１５】スロート部２ａは、ゼロ流量付近の微小な
流量を高精度に検出可能なようにベンチュリ管状に形成
された部分である。スロート部２ａの断面形状は、図２
に示すように、流速の低下を防止して均一な流速を確保
するために、幅寸法が高さ寸法に比べて長い横長に形成
されている。スロート部２ａには、図５に示すように、
互いに平行な２つの平面部２ｂ，２ｃと、渦発生体３に
作用する揚力を増大させるための円弧状の曲面部２ｄ，
２ｅとが形成されている。

【００１６】渦発生体３は、測定管２内に渦を発生させ
る柱状物である。渦発生体３は、図１〜図５に示すよう
に、スロート部２ａにおいて測定管２と一体に形成され
ており、渦信号の検出感度が高くなるように上端部が測
定管２の内周部に片持ち支持された片持ち梁構造であ
る。渦発生体３は、測定管２と同じ材質によって一体成
形されており、測定管２と同じく射出成形機などによっ
て製造される。渦発生体３は、カルマン渦が交互に剥が
れて流れていく位置（剥離点）が一定であることが好ま
しく、流量の広い範囲で渦を安定的に発生させ、かつ、
ストローハル数が一定になるように、鋭い縁部を有する
形状（角柱）が好ましい。渦発生体３の断面形状は、図
５に示すような台形が好ましく、三角形、四角形又はこ
れらの変形であるＴ字形などであってもよい。渦発生体
３には、流れに対して直角の方向に、渦の発生及び放出
によって揚力（交番力）が作用する。渦発生体３には、
図４及び図５に示すように、収納部３ａと挿入口３ｂと
が形成されている。

【００１７】収納部３ａは、渦発生体３の内部に揚力検
出部４を収納する凹部である。挿入口３ｂは、揚力検出
部４を収納部３ａに挿入し収納するための開口部であ
り、測定管２の外周部側に形成されている。収納部３ａ
及び挿入口３ｂは、渦発生体３に一体成形されている。

【００１８】揚力検出部４は、渦発生体３に作用する揚
力を検出する装置である。揚力検出部４は、図１〜図４
に示すように、渦発生体３の内部に収納されている。揚
力検出部４は、渦発生体３に作用する揚力を圧力変化と
して検出する渦検出センサである。揚力検出部４は、例
えば、渦発生体３に作用する圧力変化に応じた電気信号
を出力する圧電素子や、渦発生体３に作用する圧力変化
によって生ずる歪みに応じた電気信号を出力する歪みゲ
ージなどの機械電気変換素子である。揚力検出部４は、
一方が収縮すると他方が拡張する２枚の薄い圧電素子に
よって構成された圧電変換器であって、測定管２に作用
する振動などの影響を少なくすることができる圧電バイ
モルフ型センサが特に好ましい。

【００１９】図１及び図２に示す回路基板５は、揚力検
出部４が出力する電気信号を処理する処理回路などで構
成された基板である。回路基板５は、レイノルズ数が小
さくストローハル数が一定ではない領域における非直線
誤差を補正するリニアライズ回路を含む。カバー６は、
回路基板５を保護する部材である。カバー６は、回路基
板５を覆うように測定管２の上部に取り付けられ固定さ
れている。

【００２０】次に、この発明の第１実施形態に係る渦流
量計の動作を説明する。測定管２内に流体Ｆが流れると
渦発生体３が渦を放出して、流体Ｆの流れに対して直角
の方向の力が渦発生体３に交互に作用する。この力によ
って渦発生体３が左右に曲げられると、揚力検出部４に
曲げ応力が作用して、圧縮応力と引張応力とが揚力検出
部４に作用する。応力の方向は渦が発生する度に逆向き
になるために、この応力の方向をカウントすることによ
って、渦の周波数（渦信号）が検出され流体Ｆの流量が
測定される。

【００２１】次に、この発明の第１実施形態に係る渦流
量計の製造方法を説明する。四ふっ化エチレン樹脂など
の合成樹脂が射出成形機などによって金型中に押し込ま
れると、測定管２及び渦発生体３が一体成形されて、渦
流量計１のボディ部分が成形される。このときに、測定
管２内にスロート部２ａが一体成形されるとともに、渦
発生体３内に収納部３ａ及び挿入部３ｂが一体成形され
る。そして、揚力検出部４が挿入口３ｂから収納部３ａ
に押し込まれ嵌め込まれて、熱硬化性の弾性エポキシ樹
脂などによって収納部３ａ内に固定されると、揚力検出
部４が渦発生体３内に埋設され一体化される。そして、
揚力検出部４と回路基板５とを電気的に接続した後に、
測定管２にカバー６が取り付けられて渦流量計１が製造
される。

【００２２】この発明の第１実施形態に係る渦流量計に
は、以下に記載するような効果がある。 (1) この第１実施形態では、渦発生体３が測定管２と一
体に形成され、揚力検出部４が渦発生体３の内部に収納
されている。その結果、渦発生体３や揚力検出部４と測
定管２との間の間隙部から流体Ｆが漏れ出すことがな
く、渦流量計１の信頼性を向上させることができる。

【００２３】(2) この第１実施形態では、測定管２の外
周部側に形成された挿入口３ｂから収納部３ａに、揚力
検出部４が挿入され収納される。その結果、流体Ｆの流
れを止めずに揚力検出部４を着脱して交換することがで
きる。

【００２４】(3) この第１実施形態では、測定管２と渦
発生体３とが合成樹脂で一体成形されているために、液
漏れのない渦流量計１を簡単に量産することができる。
特に、測定管２と渦発生体３とを四ふっ化エチレン樹脂
で一体成形した場合には、純水や薬液などに対する耐久
性を向上させることができる。

【００２５】（第２実施形態）図６は、この発明の第２
実施形態に係る渦流量計の断面図である。図７は、図６
に示すVII−VII線で切断した状態を示す断面図である。
図８は、図６に示すVIII−VIII線で切断した状態を一部
省略して示す断面図である。図９は、図１に示すIX部分
を拡大して示す断面図である。図１０は、図７に示すＸ
部分を拡大して示す断面図である。なお、図１〜図５に
示す部材と同一の部材は、同一の番号を付して詳細な説
明を省略する。

【００２６】この発明の第２実施形態に係る渦流量計７
は、第１実施形態と異なり、渦発生体３の下流側で渦を
検出して流体Ｆの流量を測定する装置である。渦流量計
７は、図６及び図７に示すように、測定管２と、渦発生
体３と、回路基板５と、カバー６と、揚力作用部８と、
揚力検出部９とを備えている。

【００２７】揚力作用部８は、渦発生体が発生する渦に
よって生ずる揚力が作用する板状体（受力板）である。
揚力作用部８は、図８に示すように、２次的な渦を発生
しないように、流体Ｆの流れ方向の先端部が曲面状に形
成されている。揚力作用部８は、図８及び図９に示すよ
うに、渦発生体３の下流側に測定管３と一体に形成され
ている。揚力作用部８は、測定管２及び渦発生体３と同
じ材質によって一体成形されており、これらと同じく射
出成形機などによって製造される。揚力作用部８には、
流れに対して直角の方向に、渦の発生及び放出によって
揚力（交番力）が作用する。図９及び図１０に示すよう
に、揚力作用部８には、図４及び図５に示す収納部３ａ
及び挿入口３ｂと略同一構造の収納部８ａ及び挿入口８
ｂが一体成形されている。

【００２８】揚力検出部９は、揚力作用部８に作用する
揚力を検出する装置である。揚力検出部９は、図６〜図
１０に示すように、揚力作用部８の内部に収納されてい
る。揚力検出部９は、図１〜図５に示す揚力検出部４と
同じ部材である。

【００２９】次に、この発明の第２実施形態に係る渦流
量計の動作を説明する。測定管２内に流体Ｆが流れると
渦発生体３が渦を放出して、流体Ｆの流れに対して直角
の方向の力が揚力作用部８に交互に作用する。この力に
よって揚力作用部８が左右に曲げられると、揚力検出部
９に曲げ応力が作用して、圧縮応力と引張応力とが揚力
検出部９に作用する。応力の方向は渦が発生する度に逆
向きになるために、この応力の方向をカウントすること
によって、渦の周波数（渦信号）が検出され流体Ｆの流
量が測定される。

【００３０】次に、この発明の第２実施形態に係る渦流
量計の製造方法を説明する。四ふっ化エチレン樹脂など
の合成樹脂が射出成形機などによって金型中に押し込ま
れると、測定管２、渦発生体３及び揚力作用部８が一体
成形されて、渦流量計１のボディ部分が成形される。こ
のときに、測定管２内にスロート部２ａが一体成形され
るとともに、揚力作用部８内に収納部８ａ及び挿入部８
ｂが一体成形される。そして、揚力検出部９が挿入口８
ｂから収納部８ａに押し込まれ嵌め込まれて、熱硬化性
の弾性エポキシ樹脂などによって収納部８ａ内に固定さ
れると、揚力検出部９が揚力作用部８内に埋設され一体
化される。

【００３１】この第２実施形態に係る渦流量計には、第
１実施形態と同様の効果がある。

【００３２】（他の実施形態）この発明は、以上説明し
た実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変
更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。例
えば、この実施形態では、一体成形された小型プラスチ
ック渦流量計を例に挙げて説明したが、ステンレスや鉄
などによって渦流量計を一体に形成してもよい。また、
この実施形態では、渦発生体３や揚力作用部８を一体成
形した後に揚力作用部４，９を埋設しているが、渦発生
体３や揚力作用部８の成形時に揚力作用部４，９を同時
に埋設してもよい。さらに、この実施形態では、渦発生
体３が片持ち梁構造である場合を例に挙げて説明した
が、渦信号の強度が大きい場合には、振動などの影響を
受け難い両端固定構造にしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による
と、渦発生体が測定管と一体に形成され、揚力検出部が
渦発生体の内部に収納されているので、構造が簡単で製
造が容易になり信頼性を向上させることができる。ま
た、この発明によると、渦発生体が測定管と一体に形成
され、揚力作用部が渦発生体の下流側に測定管と一体に
形成され、揚力検出部が揚力作用部の内部に収納されて
いるので、構造が簡単で製造が容易であり信頼性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る渦流量計の断面
図ある。

【図２】図１に示すII−II線で切断した状態を示す断面
図である。

【図３】図１に示すIII−III線で切断した状態を一部省
略して示す断面図である。

【図４】図１に示すIV部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図５】図２に示すＶ部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図６】この発明の第２実施形態に係る渦流量計の断面
図である。

【図７】図６に示すVII−VII線で切断した状態を示す断
面図である。

【図８】図６に示すVIII−VIII線で切断した状態を一部
省略して示す断面図である。

【図９】図１に示すIX部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図１０】図７に示すＸ部分を拡大して示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１渦流量計２測定管２ａスロート部２ｂ，２ｃ平面部２ｄ，２ｅ曲面部３渦発生体３ａ収納部３ｂ挿入口４揚力検出部５回路基板６カバー７渦流量計８揚力作用部９揚力検出部Ｆ流体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田克己東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体が流れる測定管と、前記測定管内に渦を発生させる渦発生体と、前記渦発生体に作用する揚力を検出する揚力検出部と、を含む渦流量計において、前記渦発生体は、前記測定管と一体に形成され、前記揚力検出部は、前記渦発生体の内部に収納されてい
ること、を特徴とする渦流量計。
【請求項２】請求項１に記載の渦流量計において、前記測定管及び前記渦発生体は、合成樹脂で一体成形さ
れていること、を特徴とする渦流量計。
【請求項３】流体が流れる測定管と、前記測定管内に渦を発生させる渦発生体と、前記渦発生体が発生する渦によって生ずる揚力が作用す
る揚力作用部と、前記揚力作用部に作用する揚力を検出する揚力検出部
と、を含む渦流量計において、前記渦発生体は、前記測定管と一体に形成され、前記揚力作用部は、前記渦発生体の下流側に前記測定管
と一体に形成され、前記揚力検出部は、前記揚力作用部の内部に収納されて
いること、を特徴とする渦流量計。
【請求項４】請求項３に記載の渦流量計において、前記測定管、前記渦発生体及び前記揚力作用部は、合成
樹脂で一体成形されていること、を特徴とする渦流量計。
【請求項５】請求項２又は請求項４に記載の渦流量計
において、前記合成樹脂は、四ふっ化エチレン樹脂であること、を特徴とする渦流量計。
【請求項６】請求項１から請求項５までのいずれか１
項に記載の渦流量計において、前記揚力検出部は、圧力変化に応じて電気信号を出力す
るセンサであること、を特徴とする渦流量計。
【請求項７】請求項６に記載の渦流量計において、前記揚力検出部は、圧電バイモルフ型センサであるこ
と、を特徴とする渦流量計。