JP2002071405A - Flow measurement apparatus - Google Patents

Flow measurement apparatus

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JP2002071405A
JP2002071405A JP2000266825A JP2000266825A JP2002071405A JP 2002071405 A JP2002071405 A JP 2002071405A JP 2000266825 A JP2000266825 A JP 2000266825A JP 2000266825 A JP2000266825 A JP 2000266825A JP 2002071405 A JP2002071405 A JP 2002071405A
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JP
Japan
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electromotive force
electrodes
pair
measurement
amplifier circuit
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Application number
JP2000266825A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasumasa Fukami
泰正 深見
Toshisuke Sakai
敏輔 酒井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow measurement apparatus which has a wide measurement range, can simply cope with wide fluid conditions, can be manufactured at a low cost, and has high measurement accuracy. SOLUTION: The flow measurement apparatus comprises a differential amplifier as a detecting circuit, and a pair of dummy electrodes 7a, 7b each of which is electrically connected to the detecting circuit 5 in the neighborhood of each electrode of a pair of electromotive force measurement electrodes 4a, 4b. External noise components induced by a pair of the electromotive force measurement electrodes 4a, 4b and a pair of the dummy electrodes 7a, 7b are compensated in the differential amplifier circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、測定管内を流れる
気体や液体(以下、流体)の流量を測定する流量測定装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow rate measuring device for measuring a flow rate of a gas or a liquid (hereinafter referred to as "fluid") flowing in a measuring tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、測定管内を流れる流体の流量を測
定する流量測定装置としてカルマン渦流量測定装置がよ
く知られている。このカルマン渦流量測定装置は、例え
ば特開昭60−40914号公報に記載されているよう
に、流動する流体中にカルマン渦を発生させ、このカル
マン渦の発生数(以下、周波数)をカウントし、この周
波数から流量を算出するものである。これはカルマン渦
の周波数が流量に比例するという現象を利用したもので
ある。このためカルマン渦流量測定装置はカルマン渦の
周波数をカウントしなければならないが、従来は特開昭
60−40914号公報に記載されているように、超音
波や振動等を用いて周波数を検知している。カルマン渦
が流下するとき、これに向けて入射された超音波や振動
等が周波数や位相に変化を生じさせることを利用したも
のである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Karman vortex flow rate measuring device is well known as a flow rate measuring device for measuring a flow rate of a fluid flowing in a measuring pipe. This Karman vortex flow rate measuring device generates Karman vortices in a flowing fluid and counts the number of generated Karman vortices (hereinafter referred to as frequency) as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-40914. The flow rate is calculated from the frequency. This utilizes the phenomenon that the frequency of the Karman vortex is proportional to the flow rate. For this reason, the Karman vortex flow rate measurement device must count the frequency of Karman vortices. However, conventionally, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-40914, the frequency is detected using ultrasonic waves or vibration. ing. When the Karman vortex flows down, it utilizes the fact that ultrasonic waves, vibrations, and the like incident thereon cause changes in frequency and phase.

【0003】しかし、超音波や振動等の変化を検知する
には、管路自体の大きさはそれほどでもないのに、大型
で複雑、且つ高価な検知装置が必要になるという問題を
有していた。しかも、これだけ高価な検知装置を装備し
ても、流量の精度は一次的にはカルマン渦の発生メカニ
ズムに依存し、温度やその他の外乱によってカルマン渦
の発生に影響が出ると、直ちに測定精度が悪化するもの
であった。
However, in order to detect changes in ultrasonic waves, vibrations, and the like, there is a problem that a large, complicated, and expensive detecting device is required, although the size of the conduit itself is not so large. Was. Moreover, even with such expensive detectors, the accuracy of the flow rate depends primarily on the Karman vortex generation mechanism. It was worse.

【0004】そこで、このような問題を解決するため、
例えば特開平5−172598号公報で開示されたよう
に、磁界を用いてカルマン渦の周波数を検知することが
提案されている。
Therefore, in order to solve such a problem,
For example, as disclosed in JP-A-5-172598, it has been proposed to detect the frequency of Karman vortices using a magnetic field.

【0005】そこで、このような従来の流量測定装置に
ついて説明する。図3は従来の流量測定装置の構成を示
す断面図である。
Therefore, such a conventional flow measuring device will be described. FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a conventional flow measuring device.

【0006】図3に示すように、1は導電性を有する流
体を流す測定管、2は測定管1内に設けられた渦発生体
である。3は渦発生体2によって発生するカルマン渦、
4a,4bは起電力測定用電極である。流れの中に置か
れた渦発生体2の下流側には、渦発生体2の代表寸法に
比例した周波数で、交互に回転方向が反転する一対のカ
ルマン渦列が生成される。起電力測定用電極4bは渦発
生体2の下流側に設けられるが、起電力測定用電極4a
は起電力測定用電極4bの対極として起電力測定用電極
4bの上流側、そして同時に渦発生体2よりは下流に設
けられる。ただ、図3に記載された起電力測定用電極4
aは渦発生体2と一体となっている。
As shown in FIG. 3, reference numeral 1 denotes a measuring tube through which a fluid having conductivity is passed, and 2 denotes a vortex generator provided in the measuring tube 1. 3 is a Karman vortex generated by the vortex generator 2,
4a and 4b are electromotive force measuring electrodes. On the downstream side of the vortex generator 2 placed in the flow, a pair of Karman vortex streets whose rotation directions are alternately reversed are generated at a frequency proportional to the representative dimension of the vortex generator 2. The electromotive force measurement electrode 4b is provided on the downstream side of the vortex generator 2, but the electromotive force measurement electrode 4a
Is provided on the upstream side of the electromotive force measurement electrode 4b as a counter electrode of the electromotive force measurement electrode 4b, and at the same time, on the downstream side of the vortex generator 2. However, the electrode 4 for electromotive force measurement shown in FIG.
a is integrated with the vortex generator 2.

【0007】5は起電力測定用電極4a,4bと電気的
に接続され、起電力測定用電極4a,4b間の電圧を検
出して測定管1内を流れる流体の流量を算出するための
検出回路、6は測定管1の周囲に設けられた磁界発生装
置であって、測定管1を挟んで2つの磁石をそれぞれS
極とN極を対向させて配設したものである。そして、磁
界発生装置6は、N極からS極に向かう磁界の向きが渦
発生体2の軸心方向と起電力測定用電極4a,4bに垂
直になるように設けられている。
Reference numeral 5 is electrically connected to the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b, and detects the voltage between the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b to calculate the flow rate of the fluid flowing through the measuring tube 1. A circuit 6 is a magnetic field generating device provided around the measuring tube 1, and two magnets S
The pole and the N pole are arranged facing each other. The magnetic field generator 6 is provided such that the direction of the magnetic field from the north pole to the south pole is perpendicular to the axial direction of the vortex generator 2 and the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b.

【0008】この従来の流量測定装置によれば、渦発生
体2によって生成されたカルマン渦3が流れに乗って流
下していくと、流れの流速に渦の速度分だけ変化が生
じ、これによって磁界発生装置6が加えた磁界に磁束変
化が生じる。この磁束変化が起電力測定用電極4a,4
b間に誘導起電力を発生させるため、これを検出回路5
で検出すれば、電圧変化の回数がカルマン渦3に比例
し、検出回路5で検出される電圧変化の回数をカウント
すれば流量が算出できるものである。
According to the conventional flow rate measuring device, when the Karman vortex 3 generated by the vortex generator 2 flows down along with the flow, the flow velocity of the flow changes by the vortex velocity. Magnetic flux changes in the magnetic field applied by the magnetic field generator 6. This change in magnetic flux is caused by the electromotive force measurement electrodes 4a, 4
b to generate an induced electromotive force between
The number of voltage changes is proportional to the Karman vortex 3, and the flow rate can be calculated by counting the number of voltage changes detected by the detection circuit 5.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の流量測定装置では、流体の導電率の変化に
より起電力測定用電極4a,4b間に発生する起電力に
変化を生じたり、流れや磁界にそれぞれ外乱が加わると
測定する磁界にノイズが加わり、正確な流量を算出する
ことが難しくなるものであった。とくに、起電力測定用
電極4a,4bに発生する起電力は、0.数mV〜数m
Vという低電圧のため、入力インピーダンスを数MΩと
高く設定しなければならず、これにより僅かなノイズで
も拾ってしまうため外乱の影響は大きく、測定条件が変
化すれば測定値も変わり、正確な流量検知が困難なもの
であった。しかも、低導電率の流体は、もともと誘導起
電力が低く信号レベルが低く正確な流量検知が困難であ
った。
However, in the above-described conventional flow rate measuring device, the electromotive force generated between the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b is changed due to the change in the conductivity of the fluid, or the flow rate is changed. When a disturbance is applied to the magnetic field or the magnetic field, noise is added to the magnetic field to be measured, and it is difficult to calculate an accurate flow rate. In particular, the electromotive force generated at the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b is equal to 0. Several mV to several m
Because of the low voltage of V, the input impedance must be set as high as several MΩ, which causes a small amount of noise to be picked up. Therefore, the influence of disturbance is large. Flow rate detection was difficult. In addition, a fluid having a low conductivity originally has a low induced electromotive force and a low signal level, which makes it difficult to accurately detect a flow rate.

【0010】また、測定に最適な流量から流量が変化す
ると、流量の変化と比例してカルマン渦の周波数が変化
せず、比例関係が崩れて検知精度が低下したり、流量増
大に伴って流れが乱れ、この乱れがノイズを増加させる
ので測定精度が低下する。
When the flow rate changes from the optimum flow rate for measurement, the frequency of the Karman vortex does not change in proportion to the change in the flow rate. Is disturbed, and the disturbance increases noise, so that measurement accuracy is reduced.

【0011】さらに、磁界発生装置として永久磁石を用
いている場合、磁石が経時変化を起こし性能低下する
し、電極に発生する分極が誘導起電力の低下をもたら
し、これによって信号レベルが低下して、正確な流量検
知が困難になる。
Further, when a permanent magnet is used as the magnetic field generator, the magnet changes with time to deteriorate the performance, and the polarization generated at the electrodes causes a reduction in the induced electromotive force, thereby lowering the signal level. In addition, accurate flow rate detection becomes difficult.

【0012】このように、従来の流量測定装置は測定条
件がさまざまに変化した場合、その測定条件のすべてに
対応するのは難しく、また、こうした外乱の影響を断つ
ための装置が逆に外乱を引き起こすこともあり、簡単な
装置で外乱の影響を取り除く装置の開発が望まれてい
た。
As described above, it is difficult for the conventional flow rate measuring apparatus to cope with all of the measuring conditions when the measuring conditions are variously changed, and the apparatus for cutting off the influence of such a disturbance, on the contrary, does not respond to the disturbance. There is a demand for the development of a device that removes the influence of disturbance with a simple device, which may cause such a problem.

【0013】そこで、このような従来の問題を解決する
ために本発明は、広い測定範囲をもち、幅広い流量条件
に簡単に対応でき、低コスト且つ簡略な構成で、高精度
の流量測定装置を提供することを目的とする。
In order to solve such a conventional problem, the present invention provides a high-precision flow measuring device which has a wide measuring range, can easily cope with a wide range of flow conditions, has a low cost and has a simple structure, and has a simple structure. The purpose is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために本発明の流量測定装置は、検出回路には差動増
幅回路が設けられるとともに、一対の起電力測定用電極
のそれぞれの電極の近傍には検出回路と電気的に接続さ
れた一対の擬似電極がそれぞれ1つずつ設けられ、差動
増幅回路において一対の起電力測定用電極と一対の擬似
電極に誘導された外乱ノイズ成分が相殺されることを特
徴とする。
In order to solve such a problem, a flow rate measuring apparatus according to the present invention comprises a detection circuit provided with a differential amplifier circuit and a pair of electrodes for measuring a pair of electromotive force electrodes. A pair of pseudo-electrodes electrically connected to the detection circuit are provided one by one in the vicinity of, and a disturbance noise component induced by the pair of electromotive force measurement electrodes and the pair of pseudo-electrodes in the differential amplifier circuit. It is characterized by being offset.

【0015】これにより、広い測定範囲をもち、幅広い
流量条件に簡単に対応でき、低コスト且つ簡略な構成
で、高精度の流量測定をすることができる。
[0015] Thus, a wide measurement range can be easily applied to a wide range of flow conditions, and a high-precision flow measurement can be performed with a low-cost and simple configuration.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、導電性をもつ流体が流れる測定管内に設けられ、流
体にカルマン渦を発生させる渦発生体と、渦発生体より
下流側に設けられ、カルマン渦が磁界内を通過するとき
生じる磁界変化によって発生する誘導起電力の変化を検
出する一対の起電力測定用電極と、磁界を発生するため
の磁界発生装置と、一対の起電力測定用電極と電気的に
接続され、誘導起電力を検出して流体の流量を算出する
検出回路を備えた流量測定装置であって、検出回路には
差動増幅回路が設けられるとともに、一対の起電力測定
用電極のそれぞれの電極の近傍には検出回路と電気的に
接続された一対の擬似電極がそれぞれ1つずつ設けら
れ、差動増幅回路において一対の起電力測定用電極と一
対の擬似電極に誘導された外乱ノイズ成分が相殺される
ことを特徴とする流量測定装置であるから、測定条件が
変化するようなことがあっても差動増幅回路と擬似電極
を利用して変動分を相殺して測定できるため広い測定範
囲で測定することが可能となり、幅広い流量条件に簡単
に対応でき、低コスト且つ簡易な構成で、高精度の流量
測定をすることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An invention according to claim 1 of the present invention is provided in a measuring pipe through which a conductive fluid flows, and generates a Karman vortex in the fluid, and a downstream side of the vortex generator. A pair of electromotive force measuring electrodes for detecting a change in induced electromotive force generated by a magnetic field change generated when the Karman vortex passes through the magnetic field, a magnetic field generator for generating a magnetic field, and a pair of electromotive force A flow measurement device electrically connected to a power measurement electrode and including a detection circuit that detects an induced electromotive force to calculate a flow rate of a fluid, wherein the detection circuit includes a differential amplifier circuit and A pair of pseudo electrodes electrically connected to the detection circuit are provided near the respective electrodes of the electromotive force measurement electrodes, and a pair of electromotive force measurement electrodes and a pair of pseudo electrodes are provided in the differential amplifier circuit. Induced by the pseudo electrode The flow rate measurement device is characterized in that the disturbance noise component is canceled out, so even if the measurement conditions change, the fluctuation is canceled out using the differential amplifier circuit and the pseudo electrode. Therefore, it is possible to perform measurement in a wide measurement range, to easily cope with a wide range of flow conditions, and to perform high-precision flow measurement with a low-cost and simple configuration.

【0017】本発明の請求項2に記載の発明は、検出回
路が、一対の起電力測定用電極間に発生した誘導起電力
を検出して増幅する第1正相増幅回路と、一対の擬似電
極間に発生した誘導起電力を検出して増幅する第2正相
増幅回路とを備え、第1正相増幅回路と第2正相増幅回
路の出力がそれぞれ差動増幅器に入力され、外乱ノイズ
成分を相殺することを特徴とする請求項1記載の流量測
定装置であるから、検出信号を増幅して処理できるた
め、幅広い流量条件にきわめて簡単に対応でき、低コス
トで、高精度の流量測定をすることができる。
According to a second aspect of the present invention, the detecting circuit detects and amplifies the induced electromotive force generated between the pair of electromotive force measuring electrodes, and includes a pair of pseudo-phase amplifier circuits. A second positive-phase amplifier circuit for detecting and amplifying the induced electromotive force generated between the electrodes, wherein outputs of the first positive-phase amplifier circuit and the second positive-phase amplifier circuit are respectively input to a differential amplifier, and disturbance noise 2. The flow rate measuring device according to claim 1, wherein the components are canceled out, so that the detection signal can be amplified and processed, so that it can very easily cope with a wide range of flow rate conditions, and is low-cost and highly accurate. Can be.

【0018】(実施の形態)以下、本発明の一実施の形
態における流量測定装置について、図1を用いて説明す
る。なお、従来の流量測定装置と同一の部材には同一の
符号を付しており、重複した説明は省略する。図1は本
発明の一実施の形態である流量測定装置の構成を示す断
面図である。
(Embodiment) A flow rate measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In addition, the same members as those of the conventional flow rate measuring device are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a flow measuring device according to an embodiment of the present invention.

【0019】図1に示すように、1は測定管、2は流体
中に設けられてカルマン渦を発生する渦発生体、3は渦
発生体2の代表寸法に比例した周波数で交互に回転方向
が反転して生成されるカルマン渦、4a,4bは起電力
測定用電極、5は誘導起電力を検出して流量を算出する
とともに、外乱ノイズ成分の信号を相殺できる検出回
路、6は磁界発生装置、7a、7bは外乱ノイズ成分を
相殺するための擬似電極である。図示はしないが検出回
路5には、起電力測定用電極4a,4bに誘導された外
乱ノイズ成分を検出信号から取り除く差動増幅回路が設
けられている。これについては後述する。なお、カルマ
ン渦3の生成では流速と各部材の寸法関係が非常に重要
であるが、本実施の形態では、説明のため、図1に示す
ように渦発生体2の代表寸法にあたる幅をD、起電力測
定用電極4a,4bの直径をそれぞれda,db、起電
力測定用電極4a,4bの管内長さをh、起電力測定用
電極4a,4bの間隔をL、磁界発生装置6の磁界発生
装置幅をDmとしている。
As shown in FIG. 1, 1 is a measuring tube, 2 is a vortex generator provided in a fluid to generate Karman vortices, and 3 is a rotating direction alternately at a frequency proportional to a representative dimension of the vortex generator 2. 4a and 4b are electromotive force measurement electrodes, 5 is a detection circuit that detects induced electromotive force and calculates a flow rate, and can cancel a signal of a disturbance noise component. 6 is a magnetic field generation. The devices 7a and 7b are pseudo electrodes for canceling disturbance noise components. Although not shown, the detection circuit 5 is provided with a differential amplifier circuit for removing disturbance noise components induced by the electromotive force measurement electrodes 4a and 4b from the detection signal. This will be described later. Note that the flow rate and the dimensional relationship between the members are very important in the generation of the Karman vortex 3, but in the present embodiment, for the sake of explanation, the width corresponding to the representative size of the vortex generator 2 is D as shown in FIG. The diameters of the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b are da and db, the length of the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b in the tube is h, the distance between the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b is L, The width of the magnetic field generator is Dm.

【0020】ところで、擬似電極7aは起電力測定用電
極4aの近傍に、また擬似電極7bは起電力測定用電極
4bの近傍に設けられている。できるだけ起電力測定用
電極4a,4bに誘導される外乱ノイズ成分と同一のノ
イズ成分を忠実に検出するためである。そして、起電力
測定用電極4a,4bは流体中に浸漬されるが、擬似電
極7a,7bは流体中には浸漬されることはない。流体
に浸漬しない理由は、流体中に浸漬した場合擬似電極7
a,7bにもカルマン渦3による起電力が発生し、ノイ
ズ成分のみを検出できなくなるからである。なお、擬似
電極7a,7bの形状は、起電力測定用電極4a,4b
に誘導される外乱ノイズ成分と同一のノイズ成分を忠実
に検出できればどのような形状であってもよい。
The pseudo electrode 7a is provided near the electromotive force measuring electrode 4a, and the pseudo electrode 7b is provided near the electromotive force measuring electrode 4b. This is for detecting as much as possible the same noise component as the disturbance noise component induced in the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b. The electromotive force measuring electrodes 4a and 4b are immersed in the fluid, but the pseudo electrodes 7a and 7b are not immersed in the fluid. The reason for not immersing in a fluid is that when immersed in a fluid, the pseudo electrode 7
This is because an electromotive force due to the Karman vortex 3 is also generated in a and 7b, and it becomes impossible to detect only a noise component. The shapes of the pseudo electrodes 7a and 7b are the same as those of the electrodes 4a and 4b for measuring electromotive force.
Any shape may be used as long as the same noise component as the disturbance noise component induced in the above can be faithfully detected.

【0021】次に、以上説明した測定管1や渦発生体
2、起電力測定用電極4a,4b、磁界発生装置6に関
してさらに詳細に説明する。
Next, the above-described measuring tube 1, vortex generator 2, electrodes 4a and 4b for measuring electromotive force, and magnetic field generator 6 will be described in more detail.

【0022】まず、測定管1は、内径があまり小さい
と、管壁の境界層の影響がカルマン渦列に及んでしまう
し、大きすぎても流速が遅くなりカルマン渦列が発生し
なくなる。適正な流速域でのレイノルズ数は3,000
〜100,000程度の範囲である。
First, if the inside diameter of the measuring tube 1 is too small, the influence of the boundary layer of the tube wall affects the Karman vortex street, and if it is too large, the flow velocity becomes slow and the Karman vortex street does not occur. Reynolds number in proper flow velocity range is 3,000
It is in the range of about 100,000.

【0023】また、渦発生体2の形状は本実施の形態に
おいては三角柱としているが、カルマン渦列を発生させ
る形状であればどのような形状であってもかまわない。
そして、本実施の形態の渦発生体2は、三角柱の一側面
が流れに垂直に当たるように向けて測定管1に取り付け
られている。本実施の形態の流量測定装置の場合、流量
検知範囲を1L/min〜10L/minに設定するた
めφ7mmの内径を有す測定管1としたが、この条件で
は幅2mm、高さ3mmの断面二等辺三角形の三角柱で
構成される渦発生体2を設けるのがもっとも効果的であ
った。
Although the shape of the vortex generator 2 is a triangular prism in this embodiment, any shape may be used as long as it generates a Karman vortex street.
The vortex generator 2 of the present embodiment is attached to the measurement tube 1 so that one side surface of the triangular prism is perpendicular to the flow. In the case of the flow measurement device of the present embodiment, the measurement tube 1 having an inner diameter of φ7 mm was used in order to set the flow detection range to 1 L / min to 10 L / min. It was most effective to provide the vortex generator 2 composed of an isosceles triangular prism.

【0024】起電力測定用電極4a,4bは、渦発生体
2の下流側に渦発生体2の軸心と流れと直交するように
2本並べて平行に取り付けられる。このとき、起電力測
定用電極4aを通る流線を描くと、同時に必ず起電力測
定用電極4bも通る流線となる。この起電力測定用電極
4a,4bを測定管1の両側面から挟むように、磁界発
生装置6を構成する永久磁石のN極とS極が対向して両
側に設けられている。流量検知範囲を1L/min〜1
0L/minに設定したとき、磁界発生装置6は測定管
1内の磁束密度を高める必要があり、希土類の永久磁石
を用い、渦発生体幅の1.5倍の幅を持つ磁石としてい
る。
The two electromotive force measuring electrodes 4a and 4b are attached to the downstream side of the vortex generator 2 side by side so as to be orthogonal to the axis of the vortex generator 2 and the flow. At this time, when a streamline passing through the electromotive force measurement electrode 4a is drawn, the streamline always passes through the electromotive force measurement electrode 4b. N-poles and S-poles of permanent magnets constituting the magnetic field generator 6 are provided on both sides so as to sandwich the electromotive force measurement electrodes 4a and 4b from both sides of the measurement tube 1. The flow rate detection range is 1 L / min to 1
When it is set to 0 L / min, the magnetic field generator 6 needs to increase the magnetic flux density in the measuring tube 1 and uses a rare earth permanent magnet, which is a magnet having a width 1.5 times the vortex generator width.

【0025】ところで、カルマン渦3による流量測定装
置は、このような配置におかれた各部材が、カルマン渦
3を安定して生成するように、また、流体中の乱れによ
ってノイズが発生しないように、各部材の寸法や流体の
レイノルズ数等を注意深く選ぶ必要がある。すなわち、
これらの寸法は、カルマン渦3の安定した生成とノイズ
防止のために、微妙なバランス関係の上に成り立ってい
るものである。
By the way, the flow measuring device using the Karman vortex 3 ensures that the members arranged in such an arrangement stably generate the Karman vortex 3 and that noise is not generated due to turbulence in the fluid. In addition, it is necessary to carefully select the dimensions of each member, the Reynolds number of the fluid, and the like. That is,
These dimensions are based on a delicate balance in order to stably generate the Karman vortex 3 and prevent noise.

【0026】この寸法関係について説明すると、例え
ば、起電力測定用電極4a,4bの測定電極直径da,
dbは渦発生体幅Dの1/2以下を採用するのが好まし
い。というのは、付近での流れはレイノルズ数が1/2
以下で安定したものとなり、カルマン渦3を発生させる
流れをほとんど乱さず、カルマン渦列の流れを破壊する
ことがなくなるからである。そして、起電力測定用電極
4a,4bの測定電極直径da,dbを同一にすると起
電力測定用電極4a,4bで発生するノイズを比較的小
さくできる。すなわち、起電力測定用電極4aによって
乱された流れは、乱れが拡散されながら流線上を流下
し、起電力測定用電極4bに流入するが、測定電極直径
da,dbが異径の場合は両電極での流体抵抗や剥離状
況が異なり、周囲の流れも複雑な流れとなってノイズも
大きくなるが、同一径であるから比較的ノイズが抑えら
れる。
The dimensional relationship will be described. For example, the measurement electrode diameters da, of the electromotive force measurement electrodes 4a, 4b
It is preferable that db is 1/2 or less of the vortex generator width D. This is because the Reynolds number near the flow is 1/2
This is because the flow becomes stable below, the flow for generating the Karman vortex 3 is hardly disturbed, and the flow of the Karman vortex street is not destroyed. When the measurement electrode diameters da and db of the electromotive force measurement electrodes 4a and 4b are the same, noise generated at the electromotive force measurement electrodes 4a and 4b can be relatively reduced. That is, the flow disturbed by the electromotive force measurement electrode 4a flows down the streamline while the turbulence is diffused, and flows into the electromotive force measurement electrode 4b. However, when the measurement electrode diameters da and db are different, Fluid resistance and peeling conditions at the electrodes are different, the surrounding flow becomes complicated and the noise increases, but the noise is relatively suppressed because of the same diameter.

【0027】さらに、測定管1の内径としては、流れと
大きさのバランスが適当なため渦発生体幅Dの3〜4倍
程度の内径が採用されるから、起電力測定用電極4a,
4bの測定電極管内長さhを渦発生体幅Dの2〜2.5
倍にすると、起電力測定用電極4a,4bの先端付近が
カルマン渦列をちょうど2列完全に囲った最小高さにな
り、発生したカルマン渦列の中心における誘導起電力変
化のみを測定し、高い精度で流量測定をすることが可能
になる。そして、起電力測定用電極4a,4bの管内長
さhを同一にすると、後述する起電力測定用電極4a,
4bの先端から流出する渦など、カルマン渦3以外の乱
れによる外乱ノイズを検出回路5で相殺でき、ノイズレ
ベルを低減でき、高い精度で流量測定をすることができ
る。
Furthermore, since the inner diameter of the measuring tube 1 is about 3 to 4 times the vortex generator width D because the flow and the size are appropriately balanced, the electromotive force measuring electrodes 4a and 4a are used.
4b, the length h in the measuring electrode tube is set to 2 to 2.5 of the vortex generator width D.
When it is doubled, the vicinity of the tip of the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b becomes the minimum height that completely surrounds exactly two Karman vortex streets, and only the induced electromotive force change at the center of the generated Karman vortex street is measured. The flow rate can be measured with high accuracy. If the tube lengths h of the electromotive force measurement electrodes 4a and 4b are the same, the electromotive force measurement electrodes 4a
Disturbance noise due to disturbances other than the Karman vortex 3, such as a vortex flowing out from the tip of 4b, can be canceled by the detection circuit 5, the noise level can be reduced, and the flow rate can be measured with high accuracy.

【0028】起電力測定用電極4a,4bの測定電極間
隔Lを渦発生体幅Dの2〜2.5倍にとると、一対の起
電力測定用電極4a,4bの測定電極間隔Lがカルマン
渦列の渦3と渦3との間隔以下にでき、この起電力測定
用電極間4a,4bに存在するカルマン渦3を一個か、
それ以下、すなわち存在しないか、のどちらかにするこ
とができ、ノイズレベルを低減し、カルマン渦3の1つ
を検出信号の1つに対応させることができて、周波数カ
ウントが容易となり、高精度の流量測定をすることがで
きる。渦発生体2で発生したカルマン渦列は、ストロー
ハルの研究により知られているように、カルマン渦3の
周波数と流速の間に比例関係が成立するが、カルマン渦
3の1つをこの検出信号の1つとしてカウントすれば、
カルマン渦列の周波数の測定で測定管1内を流れる流体
の流量は算出できることになる。
When the distance L between the electrodes 4a and 4b for measuring the electromotive force is set to be 2 to 2.5 times the width D of the vortex generator, the distance L between the electrodes 4a and 4b for measuring the electromotive force becomes equal to Kalman. The number of Karman vortices 3 existing between the electrodes 4a and 4b for measuring the electromotive force can be reduced to less than the distance between the vortices 3 of the vortex street.
It is possible to reduce the noise level, to make one of the Karman vortices 3 correspond to one of the detection signals, to facilitate the frequency counting, and to reduce the noise level. Accurate flow measurement can be performed. The Karman vortex street generated in the vortex generator 2 has a proportional relationship between the frequency of the Karman vortex 3 and the flow velocity, as known from the study of Strouhal. If you count it as one of the signals,
By measuring the frequency of the Karman vortex street, the flow rate of the fluid flowing in the measurement tube 1 can be calculated.

【0029】また、磁界発生装置6の磁界発生装置幅D
mを渦発生体幅Dの1.5〜2倍にすると、測定管1内
に発生する磁界をカルマン渦3の発生する位置のみに集
中させ、測定管側壁で発生する渦度成分によるノイズ成
分が低減できる。上述したように本実施の形態の流量測
定装置では1.5倍を採用している。
The magnetic field generator width D of the magnetic field generator 6
When m is 1.5 to 2 times the vortex generator width D, the magnetic field generated in the measuring tube 1 is concentrated only at the position where the Karman vortex 3 is generated, and the noise component due to the vorticity component generated on the side wall of the measuring tube 1 Can be reduced. As described above, the flow rate measuring device of the present embodiment employs 1.5 times.

【0030】続いて、このような構成を有する本実施の
形態における流量測定装置の検出回路とその検出動作に
ついて説明する。図2は本発明の一実施の形態の検出回
路のブロック図である。図2において、8a,8b,8
c,8d,8eはオペアンプ、9は比較器,10はバン
ドパスフィルタである。11は抵抗器、12は結合コン
デンサである。
Next, a description will be given of a detection circuit of the flow rate measuring apparatus according to the present embodiment having such a configuration and its detection operation. FIG. 2 is a block diagram of a detection circuit according to one embodiment of the present invention. In FIG. 2, 8a, 8b, 8
c, 8d, 8e are operational amplifiers, 9 is a comparator, and 10 is a bandpass filter. 11 is a resistor, 12 is a coupling capacitor.

【0031】オペアンプ8aは、その正相入力端子が結
合コンデンサ12に結合され、逆相入力端子が抵抗器1
1を介して負帰還された第1正相増幅回路を構成してい
る。起電力測定用電極4aが結合コンデンサ12と、起
電力測定用電極4bが入力電位を与える抵抗器11を介
して逆相入力端子に接続される。同様に、オペアンプ8
bは、その正相入力端子が結合コンデンサ12に結合さ
れ、逆相入力端子が抵抗器11を介して負帰還された第
2正相増幅回路を構成している。擬似電極7aが結合コ
ンデンサ12と、また、擬似電極7bが入力電位を与え
る抵抗器11を介して逆相入力端子に接続される。この
第1正相増幅回路と第2正相増幅回路の増幅率は、逆相
入力端子に接続された2つの抵抗器11の比、すなわち
入力電位を与えるための抵抗器11と、負帰還用の抵抗
器11の比率分だけ増幅されるものである。これによ
り、起電力測定用電極4a,4bおよび擬似電極7a、
7bに発生した誘導起電力は、所定の信号レベルまで増
幅される。
The operational amplifier 8a has a positive-phase input terminal coupled to the coupling capacitor 12, and a negative-phase input terminal connected to the resistor 1
1 constitutes a first positive-phase amplifier circuit which is negatively fed back through the first positive-phase amplifier circuit. The electromotive force measuring electrode 4a is connected to the coupling capacitor 12, and the electromotive force measuring electrode 4b is connected to the negative-phase input terminal via the resistor 11 for providing an input potential. Similarly, the operational amplifier 8
b, a second positive-phase amplifier circuit whose positive-phase input terminal is coupled to the coupling capacitor 12 and whose negative-phase input terminal is negatively fed back via the resistor 11. The pseudo electrode 7a is connected to the coupling capacitor 12, and the pseudo electrode 7b is connected to the negative-phase input terminal via the resistor 11 for providing an input potential. The amplification factor of the first positive-phase amplifier circuit and the second positive-phase amplifier circuit is determined by the ratio of the two resistors 11 connected to the negative-phase input terminal, that is, the resistor 11 for giving an input potential and the negative feedback Are amplified by the ratio of the resistor 11. Thereby, the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b and the pseudo electrode 7a,
The induced electromotive force generated in 7b is amplified to a predetermined signal level.

【0032】オペアンプ8c,8dは差動増幅回路を構
成し、第1正相増幅回路からの出力を正相増幅し、これ
を第2正相増幅回路からの出力との間で相殺するので、
外乱ノイズ成分の同相信号が取り除かれると同時に、比
較器9で検出できる信号レベルまで増幅される。そし
て、本実施の形態では、バンドパスフィルタ10をとお
り、比較器9で波形整形されてこの信号が出力される。
従って、起電力測定用電極4a,4bをカルマン渦3が
横切る毎に発生する誘導起電力は、第1正相増幅回路と
第2正相増幅回路、差動増幅回路で増幅とノイズ成分除
去された後、比較器9にて矩形波に波形整形され、流量
に比例した矩形波(パルス)の列として出力される。既
に説明したように本実施の形態ではカルマン渦3の1つ
をパルスの1つに対応させるようにしているから、出力
周波数をカウントすることで簡単に高精度の流量測定が
できる。
The operational amplifiers 8c and 8d constitute a differential amplifier circuit, amplify the output from the first positive-phase amplifier circuit in the positive phase, and cancel the output from the second positive-phase amplifier circuit.
At the same time as the in-phase signal of the disturbance noise component is removed, the signal is amplified to a signal level that can be detected by the comparator 9. Then, in the present embodiment, the waveform is shaped by the comparator 9 through the band pass filter 10, and this signal is output.
Therefore, the induced electromotive force generated each time the Karman vortex 3 crosses the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b is amplified and noise components are removed by the first positive-phase amplifier circuit, the second positive-phase amplifier circuit, and the differential amplifier circuit. After that, the waveform is shaped into a rectangular wave by the comparator 9 and output as a train of rectangular waves (pulses) proportional to the flow rate. As described above, in the present embodiment, one of the Karman vortices 3 is made to correspond to one of the pulses. Therefore, by counting the output frequency, it is possible to easily measure the flow rate with high accuracy.

【0033】ところで、オペアンプ8eは逆相入力端子
に負帰還されてボルテージフォロワを構成している。こ
の回路は入力インピーダンスがきわめて高く、出力イン
ピーダンスは低い特性をもつ。従って、起電力測定用電
極4a,4bに発生した誘導起電力が微弱であったとし
ても、外乱ノイズ成分がオペアンプ8a,8bで構成す
る差動増幅回路で相殺され、カルマン渦3が引き起こす
磁界変化だけが測定できる。
The operational amplifier 8e is negatively fed back to the negative-phase input terminal to form a voltage follower. This circuit has an extremely high input impedance and a low output impedance. Therefore, even if the induced electromotive force generated in the electromotive force measuring electrodes 4a and 4b is weak, the disturbance noise component is canceled by the differential amplifier circuit composed of the operational amplifiers 8a and 8b, and the magnetic field change caused by the Karman vortex 3 Only measurable.

【0034】このように、本実施の形態の流量測定装置
は、第1正相増幅回路と第2正相増幅回路と差動増幅回
路を備えたノイズ相殺増幅回路と、擬似電極が設けられ
ているので、ノイズ相殺増幅回路において外乱ノイズ成
分を相殺でき、測定条件が変化するようなことがあって
も変動分を相殺して測定できるため広い測定範囲で測定
することが可能となり、幅広い流量条件に簡単に対応で
き、低コストで、高精度の流量測定をすることができ
る。
As described above, the flow rate measuring apparatus according to the present embodiment includes the noise canceling amplifier circuit including the first positive-phase amplifier circuit, the second positive-phase amplifier circuit, and the differential amplifier circuit, and the pseudo electrode. The noise canceling amplifier circuit can cancel out the disturbance noise components, and even if the measurement conditions change, the fluctuations can be canceled out and the measurement can be performed. , And low-cost, high-precision flow measurement.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明の流量測定装
置は、擬似電極と差動増幅回路を備えているから、測定
条件が変化するようなことがあっても変動分を相殺して
測定できるため広い測定範囲で測定することが可能とな
り、幅広い流量条件に簡単に対応でき、低コストで、流
れを乱さないから高精度の流量測定をすることができ
る。
As described above, since the flow rate measuring apparatus of the present invention is provided with the pseudo electrode and the differential amplifier circuit, even if the measurement conditions change, the fluctuations are canceled out for the measurement. Since it is possible to perform measurement in a wide measurement range, it is possible to easily cope with a wide range of flow conditions, and it is possible to perform high-precision flow measurement at low cost without disturbing the flow.

【0036】本発明の流量測定装置は、第1正相増幅回
路と第2正相増幅回路を備えているから、検出信号を増
幅することにより、幅広い流量条件にきわめて簡単に対
応でき、低コストで、高精度の流量測定をすることがで
きる。
Since the flow rate measuring device of the present invention includes the first positive-phase amplifier circuit and the second positive-phase amplifier circuit, it can easily cope with a wide range of flow conditions by amplifying the detection signal, and can reduce the cost. Thus, the flow rate can be measured with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態である流量測定装置の構
成を示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a flow measurement device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態の検出回路のブロック図FIG. 2 is a block diagram of a detection circuit according to one embodiment of the present invention;

【図3】従来の流量測定装置の構成を示す断面図FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional flow measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測定管 2 渦発生体 3 カルマン渦 4a,4b 起電力測定用電極 5 検出回路 6 磁界発生装置 7a,7b 擬似電極 8a,8b,8c,8d,8e オペアンプ 9 比較器 10 バンドパスフィルタ 11 抵抗器 12 結合コンデンサ D 渦発生体幅 Dm 磁界発生装置幅 da,db 測定電極直径 h 測定電極管内長さ L 測定電極間隔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement tube 2 Vortex generator 3 Karman vortex 4a, 4b Electromotive force measurement electrode 5 Detection circuit 6 Magnetic field generator 7a, 7b Pseudo electrode 8a, 8b, 8c, 8d, 8e Operational amplifier 9 Comparator 10 Bandpass filter 11 Resistor 12 Coupling capacitor D Vortex generator width Dm Magnetic field generator width da, db Measurement electrode diameter h Measurement electrode tube length L Measurement electrode interval

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導電性をもつ流体が流れる測定管内に設け
られ、前記流体にカルマン渦を発生させる渦発生体と、 前記渦発生体より下流側に設けられ、前記カルマン渦が
磁界内を通過するとき生じる磁界変化によって発生する
誘導起電力の変化を検出する一対の起電力測定用電極
と、 前記磁界を発生するための磁界発生装置と、 前記一対の起電力測定用電極と電気的に接続され、前記
誘導起電力を検出して前記流体の流量を算出する検出回
路を備えた流量測定装置であって、 前記検出回路には差動増幅回路が設けられるとともに、
前記一対の起電力測定用電極のそれぞれの電極の近傍に
は前記検出回路と電気的に接続された一対の擬似電極が
それぞれ1つずつ設けられ、 前記差動増幅回路において前記一対の起電力測定用電極
と前記一対の擬似電極に誘導された外乱ノイズ成分が相
殺されることを特徴とする流量測定装置。
1. A vortex generator which is provided in a measurement tube through which a fluid having conductivity flows and generates a Karman vortex in the fluid; and a vortex generator provided downstream of the vortex generator, wherein the Karman vortex passes through a magnetic field. A pair of electromotive force measurement electrodes for detecting a change in induced electromotive force generated by a magnetic field change occurring when the magnetic field is generated, a magnetic field generator for generating the magnetic field, and electrically connected to the pair of electromotive force measurement electrodes A flow rate measuring device comprising a detection circuit that detects the induced electromotive force and calculates the flow rate of the fluid, wherein the detection circuit is provided with a differential amplifier circuit,
A pair of pseudo electrodes electrically connected to the detection circuit are provided near each of the pair of electromotive force measurement electrodes, respectively, and the pair of electromotive force measurement in the differential amplifier circuit. A disturbance noise component induced by the use electrode and the pair of pseudo electrodes is offset.
【請求項2】前記検出回路が、前記一対の起電力測定用
電極間に発生した誘導起電力を検出して増幅する第1正
相増幅回路と、前記一対の擬似電極間に発生した誘導起
電力を検出して増幅する第2正相増幅回路とを備え、前
記第1正相増幅回路と前記第2正相増幅回路の出力がそ
れぞれ前記差動増幅器に入力され、外乱ノイズ成分を相
殺することを特徴とする請求項1記載の流量測定装置。
2. A first positive-phase amplifier circuit for detecting and amplifying an induced electromotive force generated between the pair of electrodes for measuring an electromotive force, and an electromotive force generated between the pair of pseudo electrodes. A second positive-phase amplifier circuit for detecting and amplifying power, wherein outputs of the first positive-phase amplifier circuit and the second positive-phase amplifier circuit are respectively input to the differential amplifier to cancel disturbance noise components The flow rate measuring device according to claim 1, wherein:
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