JP2003149023A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐ノイズ特性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
に電極面が前記渦発生体の中心軸に直交して設けられた
共通電極と、前記凹部に前記共通電極に対向し前記渦発
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の電
極と、前記第2の電極に接続され前記第1の電極で検出さ
れたノイズ信号に対して前記第２の電極で検出されたノ
イズ信号を等しくなるように調整する調整手段と、この
調整手段からの出力信号と前記第1の電極の出力信号と
を加算する加算手段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、耐ノイズ特性が向
上された渦流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０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３−０２０６
１８号（特願平１−０３３２５６号）に示されている。
図１１は図１０の側面図、図１２は図１０の電気回路
図、図１３から図１５は図１０の動作説明図である。

【０００３】図において、管路１０は測定流体ＦＬが流
れる管路である。ノズル１１は管路１０に直角に設けら
れ円筒状をなす。渦発生体１２は、ノズル１１とは隙間
を保って、管路１０に直角に挿入され、台形断面を有し
柱状をなす。

【０００４】渦発生体１２の一端は管路１０に支待さ
れ、他端はフランジ部１３でノズルｌｌにネジ或いは溶
接により固定されている。凹部１４は、渦発生体１２の
フランジ部１３側に設けられている。

【０００５】この凹部１４の中には、その底部から順
に、共通電極１５、圧電素子１６、電極板１７、絶縁板
１８が、サンドイッチ状に配列され、全属製の押圧棒１
９により、これ等は押圧固定されている。さらに、電極
板１７からは、リード線２１が、端子Ａに引さ出されて
いる。

【０００６】圧電素子１６は、紙面に向かって左側と右
側とがそれぞれ逆方向に分極されており、同じ方向の応
力に対して互いに上下の電極に逆極性の電荷を発生す
る。圧電素子１６に発生した電荷は、電極板１７と接続
された端子Ａと、共通電極１５を介して接続された管路
１０との間に得られる。

【０００７】圧電素子１６に発生した電荷は、図１２に
示すように、チャージアンプ２５に入力され流量信号を
得る。

【０００８】この流量信号は、例えば、電流出力に変換
されて、２線を介して負荷に伝送される（図示せす）。
次に、以上のように構成された渦流量計の動作につい
て、図１３から図１５を用いて説明する。

【０００９】測定流体ＦＬが管路１０の中に流れると、
渦発生体１２に矢印Fで示した方向にカルマン渦による
振動が発生する。この振動により渦発生体１２には、図
13に示すような応力分布と、この逆の応力分布の繰返し
が生じる。

【００１０】圧電素子１６には、図１３に示す渦周波数
を持つ信号応力に対応した電荷十Ｑ、一Ｑの繰返しが生
じる。なお、図１３においては、説明の便宣のため、電
極１５或いは１７を紙面に対して左右に２つに分割して
ある。

【００１１】一方、管路１０には、ノイズとなる管路振
動も生じる。この管路振動は、 流体の流れと同じ方向の抗力方向、 流体の流れとは直角方向の揚力方向、 渦発生体の長手方向の３方向成分に分けられる。

【００１２】このうち、抗力方向の振動に対する応力分
布は、図１４に示すようになり、ｌ個の電極内で正負の
電荷は打ち消されて、ノイズ電荷は発生しない。また、
長手方向の振動に対しては、図１５に示すように、電極
内で打ち消されて、抗力方向と同様にノイズ電荷は原則
として発生しない。

【００１３】

【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、２つの分極エリアにおいて分極状
態が異なったり、圧電素子の固定状態が均一でなかった
りすると、それらのノイズは圧電素子単体ではキャンセ
ル出来ずに、振動ノイズとして出力されてしまう。即
ち、図１５において、ＱＬ ≠ＱＲ の場合、 (ＱＬ−
ＱＲ) がノイズとして残ってしまう。

【００１４】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、耐ノイズ特性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、この凹部に電極面
が前記渦発生体の中心軸に直交して設けられた共通電極
と、前記凹部に前記共通電極に対向し前記渦発生体の中
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の電極と、前
記第2の電極に接続され前記第1の電極で検出されたノイ
ズ信号に対して前記第２の電極で検出されたノイズ信号
を等しくなるように調整する調整手段と、この調整手段
からの出力信号と前記第1の電極の出力信号とを加算す
る加算手段とを具備したことを特徴とする。

【００１６】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の電極と
前記共通電極と前記第1，第2の電極と前記共通電極とに
挟持された圧電素子とにより前記交番圧力変動検出素子
が構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記
載のカルマン渦流量計において、前記第1，第2の電極と
前記共通電極とにより静電容量形の前記交番圧力変動検
出素子電極が構成されたことを特徴とする。

【００１８】

【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の部品説明図、図３は図２の平面図、図４は図
２の底面図、図５は図１の電気回路図、図６は図１の動
作説明図である。

【００１９】図において、図１０と同一記号の構成は同
一機能を表す。以下、図１０と相違部分のみ説明する。
図において、３１，３２は、凹部１４に、共通電極１５
に対向し、渦発生体１２の中心軸を挟んで、測定流体Ｆ
Ｌの流れ方向と直角方向に対称に配置され、交番圧力を
検出する第１，第２の電極である。

【００２０】第１，第２の電極３１，３２の詳細を図２
〜図４に示す。具体的には、圧電素子１６の左右の分極
エリアからそれぞれ電荷を取り出せるようになってい
る。例えば、アルミナなどの円板状絶縁体１８の片面
に、ニッケルなどの電極材質をメッキや蒸着などの方法
で付着させる。

【００２１】その際、電極３１，３２が半月状の二つの
部分から構成されるようにする。それら二つの電極部分
３１，３２からリード線３３，３４を引き出し、圧電素
子１６の左右の発生電荷をそれぞれ取り出せる構造とす
る。

【００２２】３５は、図５に示す如く、第２の電極３２
に接続され、第1の電極３１で検出されたノイズ信号に
対して、第２の電極３２で検出されたノイズ信号を等し
くなるように調整する調整手段である。

【００２３】この場合は、ボリュウム抵抗３５が使用さ
れている。３６は、図５に示す如く、調整手段３５から
の出力信号と前記第1の電極３１の出力信号とを加算す
る加算手段である。

【００２４】以上の構成において、圧電素子１６からそ
れぞれ取り出された電荷信号は、下記のように処理され
る。図６に示す如く、圧電素子１６の厚み方向振動のよ
うな逆位相のノイズに対しては、２つの分極エリアにお
いて分極状態が異なったり、圧電素子１５の固定状態が
均一でなかったりしても、左右のバランスをとって加算
することで、そのノイズ成分を除去することができる。

【００２５】 （＋ＱＬ）＋α（−ＱＲ）＝０ （α＝ＱＬ／ＱＲ） なお、図６に示す如く、渦信号に対しては、２Ｑだった
信号が（１＋α）Ｑとなる。α≒１であれば、信号の大
きさに特に変化はない。

【００２６】（＋Ｑ）＋α（−Ｑ）＝（１＋α）Ｑ 図５に示す如く、圧電素子１６の左右の分極エリアから
発生した電荷は、それぞれチャージアンプ２５で電圧に
変換された後、加算器３６で加算される構成となってい
る。加算する前の片側のチャージアンプ２５にはゲイン
を調整するための可変抵抗３５があり、片側の信号に対
して、ある係数αを掛けて加算する。

【００２７】この結果、 （１）圧電素子１６の２つの分極エリアにおいて、分極
状態が異なったり、素子の固定状態が均一でなかったり
しても、調整手段３５が設けられたので、ノイズをキャ
ンセル出来、耐ノイズ特性が良好な渦流量計が得られ
る。

【００２８】（２）交番圧力変動検出素子として、圧電
素子１６が使用されたので、圧電素子１６は市場性が有
り、安価な渦流量計が得られる。 （３）圧電素子１６を使用する場合、応力を検出すれば
良いので、堅牢な検出部を構成出来、堅固な渦流量計が
得られる。

【００２９】図７は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、渦発生体１２とは別
に、渦発生体１２より下流に置かれたベーン４１によ
り、カルマン渦による交番圧力変動を検出するものであ
る。ベーンで受けた力を曲げ応力として圧電素子１６で
検出する。

【００３０】図８は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、圧電素子１６の代わり
に静電容量を利用した場合の検出部の構成例である。

【００３１】凹部５１の底面と電極５２，５３の間に適
度なギャップ５４を設け、そのギャップ変化を静電容量
の変化として検出する。電極５２，５３は、リング状の
ものを２分割した形状や、半月状のものを２つ用いたよ
うなものが考えられる。

【００３２】２つの電極５２，５３は、流れ方向を軸と
した場合に、その軸について対称になるように配置され
る。また、電極５２，５３には、それぞれリード線５
４，５５が接続されており、それぞれの静電容量変化を
検出できるようになっている。

【００３３】信号処理は先述した具体例と同じように、
片側に係数をかけて加算する方式となる。ただし、信号
処理回路は静電容量を検出するための回路となる。

【００３４】この結果、第1，第2の圧力検出素子とし
て、静電容量電極５２，５３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。

【００３５】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。

【００３６】

【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の電極で検出さ
れたノイズと第２の電極で検出されたノイズとを、調整
手段と加算手段とで、打ち消すことが出来るので、２つ
の分極エリアにおいて分極状態が異なったり、圧電素子
の固定状態が均一でなかったりしても、ノイズが減少出
来、耐ノイズ特性が向上された渦流量計が得られる。

【００３７】本発明の請求項２によれば、次のような効
果がある。 （１）交番圧力変動検出素子として、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。 （２）圧電素子を使用する場合、応力を検出すれば良い
ので、堅牢な検出部を構成出来、堅固な渦流量計が得ら
れる。

【００３８】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。

【００３９】従って、本発明によれば、耐ノイズ特性が
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の部品説明図である。

【図３】図２の平面図である。

【図４】図２の底面図である。

【図５】図１の電気回路図である。

【図６】図１の動作説明図である。

【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【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８の側面図である。

【図１０】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１１】図１０の側面図である。

【図１２】図１０の電気回路説明図である。

【図１３】図１０の動作説明図である。

【図１４】図１０の動作説明図である。

【図１５】図１０の動作説明図である。

【符号の説明】

１０ 管路 １１ ノズル １２ 渦発生体 １３ フランジ部 １４ 凹部 １５ 共通電極 １６ 圧電素子 １７ 電極板 １８ 絶縁板 １９ 押圧棒 ２１ リード線 ２５ チャージアンプ ３１ 第１の電極 ３２ 第２の電極 ３３ リード線 ３４ リード線 ３５ 調整手段 ３６ 加算手段 ４１ ベーン ５１ 凹部 ５２ 電極 ５３ 電極 ５４ ギャップ ５５ リード線 ５６ リード線 Ａ 端子 Ｂ 端子 ＦＬ 測定流体

Claims (3)

【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、 この凹部に電極面が前記渦発生体の中心軸に直交して設
   けられた共通電極と、 前記凹部に前記共通電極に対向し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の電極と、 前記第2の電極に接続され前記第1の電極で検出されたノ
   イズ信号に対して前記第２の電極で検出されたノイズ信
   号を等しくなるように調整する調整手段と、 この調整手段からの出力信号と前記第1の電極の出力信
   号とを加算する加算手段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の電極と前記共通電極と前記
   第1，第2の電極と前記共通電極とに挟持された圧電素子
   とにより前記交番圧力変動検出素子が構成されたことを
   特徴とする請求項1記載の渦流量計。
3. 【請求項３】前記第1，第2の電極と前記共通電極とによ
   り静電容量形の前記交番圧力変動検出素子電極が構成さ
   れたことを特徴とする請求項1記載の渦流量計。