JP2003207378A - Vortex flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vortex flowmeter having improved noise resistance.
【0002】[0002]
【従来の技術】図8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3−02061
8号(特願平1−033256号)に示されている。図
9は図8の側面図、図10は図8の電気回路図、図11
から図13は図8の動作説明図である。2. Description of the Related Art FIG. 8 is an explanatory view of a configuration of a conventional example which has been generally used in the past.
No. 8 (Japanese Patent Application No. 1-033256). 9 is a side view of FIG. 8, FIG. 10 is an electric circuit diagram of FIG. 8, and FIG.
13 to 13 are operation explanatory views of FIG.
【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。In the figure, a conduit 10 is a conduit through which the measuring fluid FL flows. The nozzle 11 is provided at a right angle to the pipe line 10 and has a cylindrical shape. The vortex generator 12 is inserted into the conduit 10 at a right angle with a gap kept from the nozzle 11, and has a trapezoidal cross section and a column shape.
【0004】渦発生体12の一端は管路10に支待さ
れ、他端は容器14を介して、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。容器14
は、渦発生体12のフランジ部13側に設けられてい
る。One end of the vortex generator 12 is supported by the pipe line 10, and the other end of the vortex generator 12 is fixed to the nozzle 11 at the flange portion 13 by screws or welding via the container 14. Container 14
Are provided on the flange portion 13 side of the vortex generator 12.
【0005】この容器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。In this container 14, a common electrode 15, a piezoelectric element 16, an electrode plate 17, and an insulating plate 18 are arranged in a sandwich form in order from the bottom of the container 14, and the pressing rod 1 manufactured by all kinds is manufactured.
These are pressed and fixed by 9.
【0006】さらに、電極板17からは、リード線21
が、端子Aに引き出されている。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。Further, from the electrode plate 17, a lead wire 21
Is drawn to the terminal A. The left side and the right side of the piezoelectric element 16 are polarized in opposite directions, respectively, and generate electric charges of opposite polarities in the upper and lower electrodes with respect to stress in the same direction.
【0007】圧電素子16に発生した電荷は、電極板1
7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。圧電素子16に発生し
た電荷は、図10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。The electric charge generated in the piezoelectric element 16 is applied to the electrode plate 1.
It is obtained between the terminal A connected to 7 and the conduit 10 connected via the common electrode 15. The charge generated in the piezoelectric element 16 is input to the charge amplifier 25 to obtain a flow rate signal, as shown in FIG.
【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11から図13を用いて説明する。The flow rate signal is converted into, for example, a current output and transmitted to the load via the two wires (not shown).
Next, the operation of the vortex flowmeter configured as above will be described with reference to FIGS. 11 to 13.
【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
11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。When the measuring fluid FL flows into the conduit 10,
Vibration due to the Karman vortex is generated in the vortex generator 12 in the direction indicated by the arrow F. This vibration causes the vortex generator 12 to repeat the stress distribution as shown in FIG. 11 and the reverse stress distribution.
【0010】圧電素子16には、図11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11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。In the piezoelectric element 16, charges Q and 1 Q corresponding to the signal stress having the vortex frequency shown in FIG. 11 are repeated. In FIG. 11, for convenience of explanation, the electrode 15 or 17 is divided into two parts on the left and right sides with respect to the paper surface.
【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。On the other hand, in the pipe line 10, pipe line vibration that causes noise is also generated. This pipe vibration is divided into three directions: a drag force in the same direction as the fluid flow, a lift force in a direction perpendicular to the fluid flow, and a longitudinal direction of the vortex generator.
【0012】このうち、抗力方向の振動に対する応力分
布は、図12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13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。Of these, the stress distribution with respect to the vibration in the drag direction is as shown in FIG. 12, in which the positive and negative charges are canceled in the l electrodes, and noise charges are not generated. Also,
As shown in FIG. 13, the vibration in the longitudinal direction is canceled out in the electrode, and in principle, no noise charge is generated as in the drag direction.
【0013】[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13において、QL ≠QR の場合、 (QL−
QR) がノイズとして残ってしまう。However, in such a device, if the polarization states in the two polarization areas are different or the fixed state of the piezoelectric element is not uniform, those noises are canceled by the piezoelectric element alone. It cannot be done and is output as vibration noise. That is, in FIG. 13, if QL ≠ QR, (QL-
QR) remains as noise.
【0014】以上のように、抗力方向の振動ノイズは、
製造上のバラツキを考えた場合、完全に無くすことがで
きないため、圧電素子に働く抗力方向の応力を低減させ
る方法がとられる。As described above, the vibration noise in the drag direction is
Considering manufacturing variations, it cannot be completely eliminated. Therefore, a method of reducing the stress acting on the piezoelectric element in the drag force direction is adopted.
【0015】図14は、従来より一般に使用されている
他の従来例の構成説明図で、例えば、米国特許5,396,81
0号に示されている。抗力方向の応力を低減させる方法
の一例としての従来例の構造図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the structure of another conventional example which is generally used in the past. For example, US Pat. No. 5,396,81 is used.
No. 0 is shown. FIG. 7 is a structural diagram of a conventional example as an example of a method for reducing stress in the drag direction.
【0016】本実施例においては、渦信号を枢軸部材3
1からピン32を介してポスト33に伝達し、ポスト3
3が渦信号に応じて揚力方向に変位し、その変位を圧電
素子などのセンサで検出するものである。In this embodiment, the vortex signal is transmitted to the pivot member 3.
1 to the post 33 through the pin 32, and the post 3
3 is displaced in the direction of lift according to the vortex signal, and the displacement is detected by a sensor such as a piezoelectric element.
【0017】信号の伝達途中に抗力方向に剛性をもった
ピン32を配置することにより、揚力方向には曲がりや
すく、抗力方向に曲がりにくい構造が実現できる。すな
わち抗力方向のノイズ成分が低減されることになる。By arranging the pin 32 having rigidity in the drag force direction during the transmission of the signal, it is possible to realize a structure in which the pin 32 bends easily in the lift force direction and is hard to bend in the drag force direction. That is, the noise component in the drag direction is reduced.
【0018】このような従来例では、構造が複雑である
ため、製造が難しく、コストが高いという問題がある。
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。In such a conventional example, since the structure is complicated, it is difficult to manufacture and the cost is high.
An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a vortex flowmeter with improved noise resistance.
【0019】[0019]
【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、渦発生体により発生するカルマン渦に基づく交番圧
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、前記渦発生体に管路の外
側より設けられた容器と、この容器内に設けられた圧電
素子と、この容器に設けられこの容器の剛性が揚力方向
より抗力方向の剛性が弱くなる剛性低減手段とを具備し
たことを特徴とする。In order to achieve such an object, according to the present invention, in the vortex flowmeter of claim 1, an alternating pressure fluctuation based on a Karman vortex generated by a vortex generator is detected. In a vortex flowmeter for measuring a flow rate, a pipe through which a measurement fluid flows, a container provided on the vortex generator from outside the pipe, a piezoelectric element provided in the container, and a container provided in the container. The container is provided with a rigidity reducing means that reduces the rigidity of the container in the drag direction rather than in the lift direction.
【0020】本発明の請求項2においては、渦発生体に
より発生するカルマン渦に基づく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、前記渦発生体の下流側に設けられた受力体
に管路の外側より設けられた容器と、この容器内に設け
られた圧電素子と、この容器に設けられこの容器の剛性
が揚力方向より抗力方向の剛性が弱くなる剛性低減手段
とを具備したことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the vortex flowmeter for measuring the flow velocity and flow rate by detecting the alternating pressure fluctuation based on the Karman vortex generated by the vortex generator, the pipe through which the measurement fluid flows and the vortex generation. A container provided on the force receiving body provided on the downstream side of the body from the outside of the conduit, a piezoelectric element provided in the container, and the rigidity of the container provided in the container in the drag force direction from the lift force direction. And a rigidity reducing means for reducing rigidity.
【0021】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、前記剛性
低減手段として、前記容器の側面に両側より抗力方向よ
り切り込まれスリットが使用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。According to a third aspect of the present invention, in the Karman vortex flowmeter according to the first or second aspect, as the rigidity reducing means, a slit is used which is cut from both sides in the side surface of the container in the drag direction. The vortex flowmeter according to claim 1 or 2, characterized in that
【0022】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、前記剛
性低減手段として、前記容器の側面に両側より抗力方向
より切り込まれ揚力方向に平行な底を有するスリットが
使用されたことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the vortex flowmeter according to any one of the first to third aspects, as the rigidity reducing means, the side surface of the container is cut from both sides in a drag force direction to lift force. It is characterized in that a slit having a bottom parallel to the direction was used.
【0023】[0023]
【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の部品説明図、図4は図
3の側面図、図5は図3のA−A矢視図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of the main configuration of an embodiment of the present invention,
2 is a side view of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view of parts of FIG. 1, FIG. 4 is a side view of FIG. 3, and FIG. 5 is a view taken along the line AA of FIG.
【0024】図において、図8と同一記号の構成は同一
機能を表す。以下、図8と相違部分のみ説明する。図に
おいて、14は、渦発生体12に管路10の外側より設
けられた容器である。圧電素子16は、この容器14内
に設けられている。41は、容器14に設けられ、容器
14の剛性が揚力方向より抗力方向の剛性が弱くなる剛
性低減手段である。In the figure, the same symbols as those in FIG. 8 represent the same functions. Only the parts different from FIG. 8 will be described below. In the figure, 14 is a container provided in the vortex generator 12 from the outside of the conduit 10. The piezoelectric element 16 is provided in the container 14. Reference numeral 41 is a rigidity reducing means that is provided in the container 14 and reduces the rigidity of the container 14 in the drag direction rather than in the lift direction.
【0025】この場合は、容器14の側面に両側より、
抗力方向より切り込まれ揚力方向に平行な底411を有
するスリットが使用されている。容器41の中央部41
2はつながっている状態で、このつなぎ部の幅を変える
ことにより剛性を変化させることができる。In this case, on the side surface of the container 14 from both sides,
A slit is used that has a bottom 411 cut from the drag direction and parallel to the lift direction. Center part 41 of container 41
In the state where 2 is connected, the rigidity can be changed by changing the width of the connecting portion.
【0026】この結果、圧電素子16が固定されている
容器41の、抗力方向の剛性が弱くなるため、抗力方向
の応力成分を低減させることができ、結果として抗力方
向の耐振性を向上させることができる渦流量計が得られ
る。As a result, the rigidity of the container 41 to which the piezoelectric element 16 is fixed is weakened in the drag direction, so that the stress component in the drag direction can be reduced, and as a result, the vibration resistance in the drag direction is improved. A vortex flowmeter capable of performing is obtained.
【0027】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の側面図である。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
た受力体であるベーン51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51で受けた
力を曲げ応力として圧電素子16で検出する。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
下流に置かれた受力体であるベーン51に管路10の外
側より容器14が設けられている。この容器14内に圧
電素子16が設けられている。41は、この容器14に
設けられ、この容器14の剛性が揚力方向より抗力方向
の剛性が弱くなる剛性低減手段である。FIG. 6 is an explanatory view of the essential structure of another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a side view of FIG. In this embodiment,
Separately from the vortex generator 12, a vane 51, which is a force receiving member placed downstream of the vortex generator 12, detects alternating pressure fluctuations due to Karman vortices. The piezoelectric element 16 detects the force received by the vane 51 as bending stress. In the present embodiment, in addition to the vortex generator 12, a container 14 is provided on the vane 51, which is a force receiving member placed downstream of the vortex generator 12, from the outside of the conduit 10. A piezoelectric element 16 is provided in the container 14. Reference numeral 41 denotes a rigidity reducing means which is provided in the container 14 and reduces the rigidity of the container 14 in the drag direction rather than in the lift direction.
【0028】この場合は、容器14の側面に両側より、
抗力方向より切り込まれ揚力方向に平行な底411を有
するスリットが使用されている。容器41の中央部41
2はつながっている状態で、このつなぎ部の幅を変える
ことにより剛性を変化させることができる。In this case, on the side surface of the container 14 from both sides,
A slit is used that has a bottom 411 cut from the drag direction and parallel to the lift direction. Center part 41 of container 41
In the state where 2 is connected, the rigidity can be changed by changing the width of the connecting portion.
【0029】この結果、圧電素子16が固定されている
容器41の、抗力方向の剛性が弱くなるため、抗力方向
の応力成分を低減させることができ、結果として抗力方
向の耐振性を向上させることができる渦流量計が得られ
る。As a result, the rigidity of the container 41 to which the piezoelectric element 16 is fixed becomes weak in the drag direction, so that the stress component in the drag direction can be reduced, and as a result, the vibration resistance in the drag direction can be improved. A vortex flowmeter capable of performing is obtained.
【0030】なを、前述の実施例においては、容器14
の側面に、両側より抗力方向より切り込まれ揚力方向に
平行な底を有するスリット41が使用されたことと説明
したが、揚力方向に平行な底を有し無くとも良いこと
は、勿論である。In the embodiment described above, the container 14
It was explained that the slit 41 which was cut from both sides from the drag direction and has a bottom parallel to the lift direction was used on the side surface of the above. However, it goes without saying that it is not necessary to have the bottom parallel to the lift direction. .
【0031】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。The above description merely shows specific preferred embodiments for the purpose of explaining and exemplifying the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and many modifications are made without departing from the essence thereof.
It also includes deformation.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
又は請求項2によれば、次のような効果がある。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
の下流側に設けられた受力体に、管路の外側より設けら
れた容器と、この容器内に設けられた圧電素子と、この
容器に設けられこの容器の剛性が揚力方向より抗力方向
の剛性が弱くなる剛性低減手段とが設けられたので、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。As described above, according to the first aspect of the present invention.
Alternatively, according to claim 2, there is the following effect. A pipe in which a measurement fluid flows, a container provided on the vortex generator or a force receiving member provided on the downstream side of the vortex generator from outside the pipe, and a piezoelectric element provided in the container. , The rigidity reducing means provided in this container reduces the rigidity of the container in the drag force direction rather than in the lift force direction.
Even if the polarization state is different in the two polarization areas or the fixed state of the piezoelectric element is not uniform, noise can be reduced and a vortex flowmeter with improved noise resistance can be obtained.
【0033】本発明の請求項3又は請求項4によれば、
次のような効果がある。剛性低減手段として、容器の側
面に両側より抗力方向より切り込まれたスリットが使用
されたので、スリットは作り易く、安価な渦流量計が得
られる。According to claim 3 or 4 of the present invention,
It has the following effects. Since a slit cut from both sides in the drag direction on the side surface of the container is used as the rigidity reducing means, the slit is easy to make and an inexpensive vortex flowmeter can be obtained.
【0034】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。Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a vortex flowmeter having improved noise resistance.
【図1】本発明の一実施例の要部構成説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a main part configuration of an embodiment of the present invention.
【図2】図1の側面図である。FIG. 2 is a side view of FIG.
【図3】図1の部品説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of parts of FIG.
【図4】図3の側面図である。FIG. 4 is a side view of FIG.
【図5】図3のA−A矢視図である。5 is a view taken along the line AA of FIG.
【図6】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a main part configuration of another embodiment of the present invention.
【図7】図6の側面図である。FIG. 7 is a side view of FIG.
【図8】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。FIG. 8 is an explanatory diagram of a main part configuration of a conventional example that is generally used in the past.
【図9】図8の側面図である。9 is a side view of FIG.
【図10】図8の電気回路説明図である。10 is an explanatory diagram of an electric circuit of FIG.
【図11】図8の動作説明図である。11 is an explanatory diagram of the operation of FIG.
【図12】図8の動作説明図である。12 is an explanatory diagram of the operation of FIG.
【図13】図8の動作説明図である。13 is an explanatory diagram of the operation of FIG.
【図14】従来より一般に使用されている他の従来例の
要部構成説明図である。FIG. 14 is an explanatory view of a main part configuration of another conventional example which is generally used conventionally.
10 管路 11 ノズル 12 渦発生体 13 フランジ部 14 容器 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 枢軸部材 32 ピン 33 ポスト 41 スリット 411 底 412 中央部 51 ベーン A 端子 B 端子 FL 測定流体 10 pipelines 11 nozzles 12 Vortex generator 13 Flange 14 containers 15 Common electrode 16 Piezoelectric element 17 electrode plate 18 Insulation plate 19 Push rod 21 lead wire 25 charge amplifier 31 Axis member 32 pins 33 post 41 slits 411 bottom 412 central part 51 vanes A terminal B terminal FL measuring fluid
Claims (4)
く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、 前記渦発生体に管路の外側より設けられた容器と、 この容器内に設けられた圧電素子と、 この容器に設けられこの容器の剛性が揚力方向より抗力
方向の剛性が弱くなる剛性低減手段とを具備したことを
特徴とする渦流量計。1. A vortex flowmeter for measuring a flow velocity flow rate by detecting an alternating pressure fluctuation based on a Karman vortex generated by a vortex generator, and a pipe in which a fluid to be measured flows, and a vortex generator from the outside of the pipe. A vortex characterized by comprising: a container provided; a piezoelectric element provided in the container; Flowmeter.
く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、 前記渦発生体の下流側に設けられた受力体に管路の外側
より設けられた容器と、 この容器内に設けられた圧電素子と、 この容器に設けられこの容器の剛性が揚力方向より抗力
方向の剛性が弱くなる剛性低減手段とを具備したことを
特徴とする渦流量計。2. A vortex flowmeter for measuring a flow velocity flow rate by detecting an alternating pressure fluctuation based on a Karman vortex generated by a vortex generator, and a pipe in which a fluid to be measured flows and a downstream side of the vortex generator. A container provided on the force receiving body from the outside of the conduit, a piezoelectric element provided in the container, and a rigidity reducing means provided in the container in which the rigidity of the container is weaker in the drag direction than in the lift direction. A vortex flowmeter, comprising:
に両側より抗力方向より切り込まれスリットが使用され
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。3. The vortex flowmeter according to claim 1, wherein as the rigidity reducing means, a slit is used which is cut into the side surface of the container from both sides in the direction of the resistance force.
に両側より抗力方向より切り込まれ揚力方向に平行な底
を有するスリット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。4. The slit used as the rigidity reducing means is a slit which is cut into the side surface of the container from both sides from the drag direction and has a bottom parallel to the lift direction.
The vortex flowmeter according to any one of claims 1 to 3.
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---|---|---|---|
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