JP2003322553A - 渦流量計 - Google Patents

渦流量計

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JP2003322553A
JP2003322553A JP2002131124A JP2002131124A JP2003322553A JP 2003322553 A JP2003322553 A JP 2003322553A JP 2002131124 A JP2002131124 A JP 2002131124A JP 2002131124 A JP2002131124 A JP 2002131124A JP 2003322553 A JP2003322553 A JP 2003322553A
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JP
Japan
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vortex
detecting
vortex flowmeter
recess
piezoelectric element
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Toshihiko Kishi
敏彦 岸
Akio Yasumatsu
彰夫 安松
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 管路と容器とのすきまに異物がつまっても影
響を受け難い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の変動を検出
して流速流量を測定する渦流量計において、渦発生体の
下流の管路に設けられ側面が底面より剛性が高くされ凹
部を有する容器と、前記底面に一端が接続されカルマン
渦による交番圧力変動を受圧する受圧板と、前記底面の
変形あるいは応力変化を検出する検出手段とを具備した
事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、管路と容器とのす
きまに異物がつまっても影響を受け難い渦流量計に関す
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の電気回路図、図12,図13,図14
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
す。
【0004】渦発生体12の一端は、ネジ13により管
路10に支待され、他端はフランジ部14でノズル11
にネジ或いは溶接により固定されている。凹部15は、
渦発生体12のフランジ部14側に設けられている。
【0005】この凹部15の中には、その底部から順
に、全属製の第1コモン電極16、圧電素子17、電極
板18、絶縁板19、電極板20、圧電素子21が、サ
ンドイッチ状に配列され、全属製の押圧棒22により、
これ等は押圧固定されている。さらに、電極板18から
は、リード線23、電極板20からはリード線24が、
それぞれ端子A、Bに引さ出されている。
【0006】圧電素子17、21は、各圧電素子17、
21の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。
【0007】圧電素子17に発生した電荷は、電極板1
8と接続された端子Aと、第lコモン電極16を介して
接続された管路10との間に得られ、圧電素子21に発
生した電荷は、電極板20と接続された端子Bと、押圧
棒20と接続された管路10との間に得られる。
【0008】この2個の電極板18、20に発生した電
荷は、図11に示すように電荷増幅器25、26に入力
される。電荷増幅器25の出力と、電荷増幅器26の出
力をボリウム27を介した出力とを、加算器28で加算
して流量信号を得る。
【0009】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12と図13とを用いて説明する。
【0010】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。この振動により禍発生体12には、図
12(a)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。
【0011】各圧電素子17、21には、図12(a)
に示す渦周波数を持つ信号応力に対応した電荷+Q、−Q
の繰返しが生じる。なお、図12においては、説明の便
宣のため、電極板18或いは21を紙面に対して左石に
2つに分割し、かつ、上下の一方の電極は、第1コモン
電極16あるいは押圧棒22に相当するものとしてあ
る。
【0012】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、(1)流体の流れと同じ
方向の抗力方向、(2)流体の流れとは直角方向の揚力
方向、(3)渦発生体の長手方向の3方向成分に分けら
れる。
【0013】このうち、抗力方向の振動に対する応力分
布は、図12(b)に示すようになり、1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12(c)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
ズ電荷は発生しない。
【0014】しかし、揚力方向の振動は、信号応力と同
一の応力分布となり、ノイズ電荷が生じる。そこで、こ
のノイズ電荷を消去するために、以下の演算を実行す
る。
【0015】圧電素子17,21の各電荷をQ,Q
信号成分をQ,Q揚カ方向のノィズ成分をN,N
とし、圧電素子1721で分極を逆とすると、Q
は次式で示される。
【0016】Q1=S1+N1 −Q2=−S2一N2 ただし、S1とS2、N1とN2のベクトル方向は同じである。
【0017】ここで、圧電素子17、21の信号成分と
ノイズ成分の関係は、図13(この図は揚力方向のノイ
ズと、信号に対する渦発生体の曲げモーメントの関係を
示す)に示すようになっている。
【0018】従って、図11に示すように、圧電素子1
7側の電荷増幅器25の出力を、加算器28で加算する
際に、ボリウム27と共に、N1/N2倍して、圧電素子2
1側の電荷増幅器26の出カと加算すると、
【0019】Q1−Q2(N1/N2) −S1−S2(N1/N2) となり管路ノイズは除去される。
【0020】そして、第1コモン電極16、圧電素子1
7、電極板18、絶縁板19、電極板20、圧電素子2
1は、凹部15に押圧棒22で押圧固定されている。
【0021】ここで、渦発生体12と第1コモン電極1
6、圧電素子17、電極板18、絶縁板19、電極板2
0、圧電素子21、押圧棒22との温度膨脹を等しくし
ておけば、測定流体温度が変化しても、初期の押付け力
は変化しないので、間題は生じ無い。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】図10従来例の渦流量
計は、管路10と圧竜素子17,21を納めた円筒容器
との問に隙間aがあり、この隙間aに異物bが詰まる
と、図14に示す如く、曲げモーメントのモーメントパ
ターンdが変化し、検出感度が低下する問題があった。
【0023】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、本発明は、管路と容器とのすきまに異物がつまっ
ても影響を受け難い渦流量計を提供することにある。
【0024】
【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11においては、カルマ
ン渦による交番圧力の変動を検出して流速流量を測定す
る渦流量計において、渦発生体の下流の管路に設けられ
側面が底面より剛性が高くされ凹部を有する容器と、前
記底面に一端が接続されカルマン渦による交番圧力変動
を受圧する受圧板と、前記底面の変形あるいは応力変化
を検出する検出手段とを具備した事を特徴とする。
【0025】本発明の請求項2においては、請求項1記
載の渦流量計において、前記応力変化を検出する検出手
段として、前記凹部に配置され一方の面が前記底面に接
する圧電素子と、前記凹部に取付けられてこの圧電素子
を前記底面に押圧する押圧棒とを具備したことを特徴と
する。
【0026】本発明の請求項3においては、請求項1記
載の渦流量計において、前記底面の変形を検出する検出
手段として、前記凹部に取付けられて前記底面と隙間を
有する支持棒と、この支持棒に前記底面に対向して設け
られ前記底面と静電容量電極を構成する容量電極とを具
備したことを特徴とする。
【0027】本発明の請求項4においては、請求項1乃
至請求項3の何れかに記載の潤流量計において、底面と
受圧板との接合部に設けられた切り欠き状の力伝達絞り
部を具備したことを特徴とする。
【0028】
【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の要部詳細説明図、図
4は図1の動作説明図である。
【0029】図において、31は、渦発生体12の下流
の管路10に設けられ側面311が底面312より剛性
が高くされ凹部313を有する容器である。32は、底
面312に一端322が接続され、カルマン渦による交
番圧力変動を受圧する受圧板である。
【0030】33は、底面312の変形あるいは応力変
化を検出する検出手段である。この場合は、応力変化を
検出する検出手段33として、凹部313に配置され、
一方の面が底面312に接する圧電素子331と、凹部
313に取付けられて、この圧電素子331を底面31
2に押圧する押圧棒332を有する。
【0031】以上の構成において、渦発生体12の後流
に置かれた容器31には受圧板32が付いており、カル
マン渦による交番的な圧力変動を受ける。受圧板32は
受けた圧力変化を容器の底面312の変形として、圧電
素子331に伝達する。
【0032】図4は受圧板32に圧力変化が生じた時
に、検出部分が変形する様子を示している。この検出方
式では、容器の底面312の剛性に対し、容器の側面3
11の剛性が相対的に高くなっている。
【0033】また、圧電素子331を容器の底面312
に配置することで、検出部分全体の曲げモーメントの影
響を小さくしている。従って、圧電素子331は洞信号
として、検出部分全体の曲げモーメントよりも容器の底
面312の変形を検出することになる。
【0034】この結果、(1)管路10と容器31との
隙間aに異物bが詰まっても影響を受け難い渦流量計が
得られる。
【0035】(2)凹部313に取付けられて、圧電素
子331を底面312に押圧する押圧棒332とを具備
し、応力変化を検出するようにしたので、検出部分が堅
牢な渦流量計が得られる。
【0036】図5は本発明の他の実施例の要部構成説明
図、図6は図5の側面図、図7は図5の断面図である。
本実施例においては、底面312と受圧板32との接合
部に設けられた切り欠き状の力伝達絞り部41が設けら
れたものである。
【0037】この結果、底面312と受圧板32との接
合部に設けられ切り欠き状の力伝達絞り部41を具備し
たので、容器の側面311に直接的に力が伝わる部分を
無くすことが出来、容器の底面312の変形を効率良く
し、検出感度が向上出来る渦流量計が得られる。
【0038】図8は本発明の他の実施例の要部構成説明
図、図9は図8の側断面図である。本実施例において
は、底面312の変形を検出する検出手段51として、
凹部313に取付けられて、底面312と隙間511を
有する支持棒512と、支持棒512に底面312に対
向して設けられ、底面312と静電容量電極を構成する
容量電極513とが設けられたものである。
【0039】この結果、構成が簡単になり、安価な洞流
量計が得られる。また、静電容量で検出するため、熱変
動の影響を受け難く、耐熱性の優れた渦流量計が得られ
る。また、容器の底面312を薄くすることにより、検
出感度を向上させることが出来る渦流量計が得られる。
【0040】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。
【0041】
【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。管路と容器とのすき
まに異物がつまっても影響を受け難い渦流量計が得られ
る。
【0042】本発明の請求項2によれば、次のような効
果がある。応力変化を検出する検出手段として、凹部に
配置され一方の面が底面に接する圧電素子と、凹部に取
付けられてこの圧電素子を底面に押圧する押圧棒とを具
備し、応力変化を検出するようにしたので、検出部分が
堅牢な渦流量計が得られる。
【0043】本発明の請求項3によれば、次のような効
果がある。底面の変形を検出する検出手段として、凹部
に取付けられて底面と隙間を有する支持棒と、この支持
棒に底面に対向して設けられ、底面と静電容量電極を構
成する容量電極とを具備したので、構成が簡単になり、
安価な渦流量計が得られる。また、静電容量で検出する
ため、熱変動の影響を受け難く、耐熱性の優れた渦流量
計が得られる。また、容器の底面を薄くすることによ
り、検出感度を向上させることが出来る渦流量計が得ら
れる。
【0044】本発明の請求項4によれば、次のような効
果がある。底面と受圧板との接含部に設けられ切り欠き
状の力伝達絞り部を具備したので、容器の側面に直接的
に力が伝わる部分を無くすことが出来、容器底面の変形
を効率良くし、検出感度がを向上出来る渦流量計が得ら
れる。
【0045】従って、本発明によれば、管路と容器との
すきまに異物がつまっても影響を受け難い渦流量計を実
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の要部詳細説明図である。
【図4】図1の動作説明図である。
【図5】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図6】図5の側面図である。
【図7】図5の断面図である。
【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の断面図である。
【図10】従来より一般に便用されている従来例の要部
構成説明図である。
【図11】図10の電気回路図である。
【図12】図10の動作説明図である。
【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。
【符号の説明】
10 管路 11 ノズル 12 渦発生体 13 ネジ 14 フランジ部 15 凹部 16 第1コモン電極 17 圧電素子 18 電極板 19 絶縁板 20 電極板 21 圧電素子 22 押圧棒 23 リード線 24 リード線 25 電荷増幅器 26 電荷増幅器 27 ボリウム 28 加算器 31 容器 311 側面 312 底面 313 凹部 32 受圧板 33 検出手段 331 圧電素子 332 押圧棒 41 力伝達絞り部 51 検出手段 511 隙間 512 支持棒 513 容量電極 a 隙間 b 異物 c 支点 d モーメントパターン FL 測定流体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルマン渦による交番圧力の変動を検出し
    て流速流量を測定する渦流量計において、 渦発生体の下流の管路に設けられ側面が底面より剛性が
    高くされ凹部を有する容器と、 前記底面に一端が接続されカルマン渦による交番圧力変
    動を受圧する受圧板と、 前記底面の変形あるいは応力変化を検出する検出手段と
    を具備した事を特徴とする渦流量計。
  2. 【請求項2】前記応力変化を検出する検出手段として、
    前記凹部に配置され一方の面が前記底面に接する圧電素
    子と、 前記凹部に取付けられてこの圧電素子を前記底面に押圧
    する押圧棒とを具備した事を特徴とする請求項1記載の
    渦流量計。
  3. 【請求項3】前記底面の変形を検出する検出手段とし
    て、前記凹部に取付けられて前記底面と隙間を有する支
    持棒と、 この支持棒に前記底面に対向して設けられ前記底面と静
    電容量電極を構成する容量電極とを具備したことを特徴
    とする請求項1記載の渦流量計。
  4. 【請求項4】底面と受圧板との接含部に設けられた切り
    欠き状の力伝達絞り部を具備したことを特徴とする請求
    項l乃至請求項3の何れかに記載の渦流量計。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101979964A (zh) * 2010-09-14 2011-02-23 涂强 可在线更换传感器的涡街流量计
JP2011106989A (ja) * 2009-11-18 2011-06-02 Yokogawa Electric Corp 渦流量計

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