JP2004286514A - 渦流量計センサ及び渦流量計 - Google Patents
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Abstract
【課題】被測定流体の密度と圧力とを検出することが可能なセンサを提供する。
【解決手段】密度・圧力センサ１０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の面積を異ならせた２つの振動部材１８ａ，１８ｂと、各振動部材を共振させるよう駆動する共振駆動手段（バイモルフ１７ａ，１７ｂ）と、各振動部材が受ける力を夫々検出する２つの検出素子（圧電素子１５ａ，１５ｂ）と、を備える。共振駆動手段１７ａ，１７ｂにより各振動部材１８ａ，１８ｂを被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、２つの検出素子１５ａ，１５ｂの双方又は一方の出力信号により、振動部材１８ａ，１８ｂで被測定流体から受ける、渦発生体に伴う交番差圧を測定する。
【選択図】 図１
【解決手段】密度・圧力センサ１０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の面積を異ならせた２つの振動部材１８ａ，１８ｂと、各振動部材を共振させるよう駆動する共振駆動手段（バイモルフ１７ａ，１７ｂ）と、各振動部材が受ける力を夫々検出する２つの検出素子（圧電素子１５ａ，１５ｂ）と、を備える。共振駆動手段１７ａ，１７ｂにより各振動部材１８ａ，１８ｂを被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、２つの検出素子１５ａ，１５ｂの双方又は一方の出力信号により、振動部材１８ａ，１８ｂで被測定流体から受ける、渦発生体に伴う交番差圧を測定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦流量計センサ、及び該センサを備えた渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦流量計は、周知のように、流体の流れの中に渦発生体を配設したとき、その渦発生体から単位時間内に発生するカルマン渦の数が或るレイノルズ数範囲で流量に比例することを利用した推測形の流量計である。発生する渦は、渦発生体周りに生ずる流れ変化又は圧力変化として渦流量計センサ（しばしば単に渦センサと呼ぶ）により検出される。これらの渦センサは、渦発生体内に固着されるか着脱可能に配設されている。流量計は、目的に応じて多様の流体の流量計測を行う計量機であるが、渦流量計は、気体液体等密度や粘度に影響されることなくレイノルズ数のみに依存して特性が定められる特徴をもっている。渦流量計センサ及びそのセンサを備えた渦流量計は、従来から様々な形態で提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１４は、従来の渦流量計センサの一例を説明するための図で、図１４（Ａ）は流れ方向から見た断面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。図中、１０１は流管（管体ともいう）、１０２は渦発生体、１０３は取付面、１０４は計測室（圧力室ともいう）、１０５は圧力導入孔（導圧孔ともいう）、１１０は渦流量計センサ（単に渦センサともいう）を夫々示している。
【０００４】
管体１０１は、被測定流体の流通する配管に介装され、その直径上に渦発生体１０２が設けられている。渦発生体１０２には管体１０１を貫通した凹部が設けられ、その凹部は圧力室１０４となっており、圧力室１０４の両側壁面に導圧孔１０５が貫通し、被測定流体に連通している。一方、圧力室１０４には渦センサ１１０が挿入されている。渦センサ１１０は、鍔部（フランジ）１１１を有する有底な円筒体状の振動管１１３と、振動管１１３の底部に受圧板１１３ａが一体に形成され振動管１１３内に同軸に嵌挿された母材１１４と、母材１１４の両側面に導電性接着剤で固着された圧電素子１１５と、振動管１１３内に母材１１４を一体固着する充填剤１１６及びリード線１１２とからなっている。リード線としてのシールドケーブル１１２は、その芯線１１２ｂに圧電素子１１５の一方の極が接続され、そのシールド線１１２ａに圧電素子１１５の他方の極がハンダ付けされた錫メッキ線を介して接続される。
【０００５】
渦センサ１１０は、振動管１１３の鍔部１１１において管体１０１に形成された取付面１０３で管体１０１に片持固着される。渦による変動圧力は、導圧孔１０５を介して圧力室１０４に導入され、受圧板１１３ａに作用する。変動圧力を受けた受圧板１１３ａは片持固着された位置まわりに変動するが、この変動は、振動管１１３の凹陥部１１６ａに充填された充填剤１１６を介して圧電素子１１５に伝達され、振動に応じた電気信号（電荷）をリード線１１２より出力される。ここで、充填剤１１６は、単に力伝達の媒体ではなく絶縁性が要求される。一般に絶縁抵抗は温度により変化し、高温では低下するので、充填剤１１６としてガラス，エポキシ樹脂等の絶縁性材料が用いられる。
【０００６】
なお、渦流量計用のセンサとしては、例えば、製造工程中に振動管を高温に曝すことをなくし長期安定で信頼度を高くするとともに、高感度で高域特性の優れたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、渦流量計を配管から取り外すことなく通液中でも渦検出部を取り替え可能にする渦流量計用センサも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、上述したカルマン渦の発生に伴う交番差圧の応力を電荷変化として検出する圧電素子に対し、交番差圧を抵抗変化として検出するストレンゲージ（歪ゲージ）により渦を検出する渦センサも存在する。ストレンゲージ式の渦センサでは、一端のみを支持された渦発生体の中に、一体に固着された母材及び一対のストレンゲージが内蔵されており、カルマン渦の発生に伴う渦発生体の交番揚力によって内部のストレンゲージが歪応力を受ける。ストレンゲージはブリッジ回路の２辺を構成しており、ストレンゲージの抵抗変化を電圧変化として検出する。ストレンゲージを用いて圧力を検出する場合も、振動管の基本的な構成は同様であり、説明を省略する。
【０００８】
渦流量計では、上述のごとき渦センサでカルマン渦の数（周波数）を検出することにより流速を得、さらに流速に流路断面積を乗ずることにより体積流量を得ている。
【０００９】
【特許文献１】
特公昭６３−３１７２６号公報
【特許文献２】
特許第３０６９１８１号公報
【特許文献３】
特許第３１５３７４８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に流量計の場合、被測定流体の流速又は体積流量だけでなく、被測定流体の密度をも求めたい場合がある。例えば、被測定流体の質量流量を求めたい場合などがそれに当たる。この場合、従来の技術では、圧力検出素子とは別に密度計を設ける必要があり、設置位置などを考慮した設計を行わなければならないうえに、高コストとなる。
【００１１】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、被測定流体の密度をも検出することが可能な渦流量計センサ、及びこの渦流量計センサを用いて被測定流体の体積流量又は質量流量を計測する渦流量計を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の各技術手段により構成される。
第１の技術手段は、渦流量計において被測定流体の密度と渦発生体に伴う交番差圧を検出するための渦流量計センサであって、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の面積を異ならせた２つの振動部材と、各振動部材を共振させるよう駆動する共振駆動手段と、各振動部材が受ける力を夫々検出する２つの検出素子と、を備え、前記共振駆動手段により各振動部材を被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、該共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、前記２つの検出素子の双方又は一方の出力信号により、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴としたものである。
【００１３】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を振動させる振動駆動素子と、振動駆動素子が共振するまで振動させるよう、対応する検出素子或いは一方の検出素子で検出された信号を、対応する振動駆動素子にフィードバックさせるフィードバック回路と、を有することを特徴としたものである。
【００１４】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、受圧部分の面積が小さい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号を基準として、受圧部分の面積が大きい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号から、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴としたものである。
【００１５】
第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれか１の技術手段において、前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を、お互い相反する方向に振動させることを特徴としたものである。
【００１６】
第５の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、音叉型を形作る２枚の振動板を有することを特徴としたものである。
【００１７】
第６の技術手段は、第５の技術手段において、前記音叉型の２枚の振動板は、その両方の振動板の先端部分をお互いに接続したものであることを特徴としたものである。
【００１８】
第７の技術手段は、第５又は第６の技術手段において、前記音叉型の２枚の振動板は、受圧部分の面積を同じくして、且つ、該２枚の振動板の前面の幅をもつ流路に設けるためのものとし、該流路の壁面は、一方の振動板の側面付近に、後段にある他方の振動板に被測定流体を流通させるための迂回路をもつことを特徴としたものである。
【００１９】
第８の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、固定端を同じくした二重振動管型の部材であることを特徴としたものである。
【００２０】
第９の技術手段は、第８の技術手段において、前記二重振動管型の部材は、内側振動管の先端を外側振動管の内壁に接続したものであることを特徴としたものである。
【００２１】
第１０の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、共通の固定部を境として直列された２つの部材とし、そのうち一方が被測定流体との接触用として、他方が該被測定流体との被接触用として用いるものであることを特徴としたものである。
【００２２】
第１１の技術手段は、第１０の技術手段において、前記直列された２つの部材は、前記固定部に前記共振駆動手段を有することを特徴としたものである。
【００２３】
第１２の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、共通の振動軸をもつ捻り振動型の部材であることを特徴としたものである。
【００２４】
第１３の技術手段は、第１２の技術手段において、前記捻り振動型の部材は、前記部材の先端を捻り振動可能に覆って被測定流体を仕切る流体仕切り部を有し、該流体仕切り部は、前記部材の振動軸の位置で前記部材を２つに仕切り且つ被測定流体を導入する流体導入部を有することを特徴としたものである。
【００２５】
第１４の技術手段は、被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられ、内部に圧力室を有し、さらに被測定流体に接すべき外部に連通し該圧力室に流体圧を導入する導圧孔を有する渦発生体を備えた渦流量計であって、前記圧力室内に第１乃至第１３のいずれか１の技術手段における渦流量計センサを有し、当該渦流量計は、前記２つの検出素子の出力信号から被測定流体の体積流量を算出する算出器を備えることを特徴とした渦流量計である。
【００２６】
第１５の技術手段は、第１４の技術手段において、前記算出器は、被測定流体の体積流量と、前記共振周波数から算出した被測定流体の密度とに基づいて、被測定流体の質量流量を算出することを特徴としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。また、図１（Ｃ）は渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る渦流量計センサ（検出器ともいえる）は、被測定流体の密度及び渦発生体に伴う交番差圧を検出するためのセンサであり、２つの振動部材、共振駆動手段、２つの検出素子を備えるものとする。なお、検出素子については、渦発生体に伴う交番差圧或いはそれによる応力を検出することを目的とした素子であることから、以下、圧力検出素子と呼ぶ。
【００２９】
２つの振動部材は、その固有振動数を、被接触媒体の密度，温度など同条件で同じくし（例えば標準状態での被測定媒体，大気，水などで固有振動数を同じくし）、且つ、受圧部分の流体接触面積を異ならすように形成された部材であり、共振駆動手段により振動させる部材である。２つの振動部材としては弾性母材を全部又は一部に使用するとよい。
【００３０】
また、図１に示すように、２つの振動部材は、共通の固定端をもち、渦流量計センサ１０の本体１３の先端方向（ここでは下方）に、２つの振動板１８ａ，１８ｂを備え、夫々に振動伝達軸１２ａ，１２ｂが接続され、さらに振動伝達軸１２ａ，１２ｂはその共通の固定端としての蓋部１１に固定されている。なお、渦流量計センサ本体１３は、振動伝達軸１２ａ，１２ｂを夫々挿入するための軸挿入穴１３ａ，１３ｂを備えている。図１では、２つの振動部材は、固定点を同じくした音叉型の部材（音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂを有する）を例示している。また、この例では図１（Ｂ）に示すように、被測定流体から受ける交番差圧を測定するために、圧力を受ける前面側に流体接触面積（受圧面積）の小さい振動部材を配置し、背面側に流体接触面積の大きい振動部材を配置している。本発明においては、基本的に一方の振動部材（受圧面積の大きい方の部材）が受ける力から圧力を検出するが、外部振動を相殺するために小さい方の部材が受ける力も検出することが好ましい。ここで、流体接触面積とは、各振動部材に対し、被測定流体が接触して圧力を加える面の面積を基本的に指し、本構成例では振動板１８ａ，１８ｂの前面側表面の広さを表すものとする。なお、この点で、ここでの面積とは、振動部材の物理的な面積に限らず、振動部材の周囲の構造上、振動部材が受圧し得る面積といえ、受圧部分の面積とも呼ぶ。図１（Ｂ）では、加えて、振動板１８ａ，１８ｂが渦発生体２の導圧孔５内の圧力室に設けられた例を示している。振動部材に加える振動に関しては、共振駆動手段に関する説明と併せて後述する。
【００３１】
２つの圧力検出素子は、各振動部材が受ける力を夫々検出する素子であり、例えば各振動部材に接合した圧電素子や歪ゲージなどが挙げられる。後述するように、この圧力検出素子が実際にここで出力信号として検出するのは、共振駆動手段で駆動される振動による信号と、振動部材が被測定流体から受けた圧力による信号とが重ね合わされた信号となる。図１では、圧電素子固定板（圧電素子固定枠ともいえる）１４ａ，１４ｂにより夫々固定された圧電素子１５ａ，１５ｂを例に挙げている。なお、圧電素子固定板１４ａ，１４ｂは、夫々振動伝達軸１２ａ，１２ｂに固定されており、ここでは連続した固定板として説明するが、別個の固定板であってもよい。
【００３２】
共振駆動手段は、各振動部材を共振させるよう駆動する手段であり、同手段により或いは他の手段により共振周波数を検出可能となっている必要がある。自由振動をする物体の固有振動は物体の密度や物体に付着した他の物質（ここでは被測定流体）の密度によって変化を受けるので、この原理を利用して被測定流体中に置いた振動部材の固有振動数を計測して密度を知るようにする。共振駆動手段としては自励振動する単独の圧電振動子などを利用してもよく、共振駆動手段により自励発振で振動部材を固有振動状態に駆動し、固有振動数（共振周波数）を検出して密度の信号を得るようにしてもよい。また、共振駆動手段は、振動駆動素子とフィードバック回路とを有するよう構成してもよく、図１ではこの例を示している（但し、フィードバック回路は図示せず）。
【００３３】
振動駆動素子は、各振動部材を振動させる素子であり、合計２つ（又は２組）の振動駆動素子或いは共通の１つの振動駆動素子が具備されていればよい。図１の構成例では、振動駆動素子の一例としてバイモルフ型圧電アクチュエータ（以下、単にバイモルフと呼ぶ）１７ａ，１７ｂが、夫々、振動伝達可能なバイモルフ固定片１６ａ，１６ｂに固定され、振動伝達軸（振動板駆動軸ともいえる）１２ａ，１２ｂに接するよう設けている。なお、振動駆動素子に関し、密度信号として共振周波数を出力するため、素子と表現しているが、後述するように磁石及び励振コイルなどにより構成してもよい。
【００３４】
フィードバック回路は、個々の圧力検出素子やその他の手段で検出された振動信号（出力信号のうち強制振動に係る信号を抽出するなどするとよい）を、対応する振動駆動素子に、その振動駆動素子が共振するまで振動させるようフィードバックさせる。若しくは、フィードバック回路は、いずれかの圧力検出素子で検出された振動信号を、双方の振動駆動素子（１つしかない形態ではその振動駆動素子）に、その振動駆動素子が共振するまで振動させるようフィードバックさせる。若しくは、その他の手段により振動伝達軸１２ａ，１２ｂ或いは振動板１８ａ，１８ｂでの振動を検出し、そのうち強制振動に係わる信号を抽出し、その信号が共振状態を示すようになるまで振動駆動素子の振動周波数を上げて行ってもよい。
【００３５】
上述のごとく、本発明に係る渦流量計センサは、共振駆動手段により各振動部材を被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、その共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、２つの圧力検出素子の少なくとも一方の出力信号により、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出するようにしている。
【００３６】
また、本発明に係る渦流量計センサにおいては、受圧部分（検圧部分ともいえる）の流体接触面積の小さい方の振動部材に対応した圧力検出素子の出力信号を基準として、受圧部分（検圧部分ともいえる）の流体接触面積の大きい方の振動部材に対応した圧力検出素子の出力信号から、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出するようにしてもよい。
【００３７】
図１（Ｃ）を参照して、音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂの流体接触面積を同じくしたときの形態を説明する。上述の構成例で２枚の振動板の流体接触面積を異ならせた理由は、被測定流体による個々の振動板へかかる圧力に差を与えるためであり、これは、ここで説明する図１（Ｃ）のごとき構成でも実現できる。すなわち、振動板１８ａ′，１８ｂ′を有する渦流量計センサ１０は、振動板１８ａ′の前面の幅（振動板１８ｂ′の幅も同じ）と略同じ幅Ｌをもつ流路６に設けるためのものとする。但し、この流路６の壁面は、一方の振動板１８ａ′の側面付近に、後段にある他方の振動板１８ｂ′に被測定流体を流通させるための迂回路（凹部）７をもつよう形成しておく必要がある。
【００３８】
図２は、図１の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図２（Ａ）は渦流量計センサ本体１０の模式図として振動板１８ａ，１８ｂを簡単に図示しており、図２（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面図を、図２（Ｃ）は夫々の振動板１８ａ，１８ｂ夫々の非受圧時，受圧時の位置を説明するための図である。
【００３９】
図２（Ｃ）に示すように、振動板１８ａ，１８ｂは、非受圧時も受圧時もバイモルフ１７ａ，１７ｂにより夫々駆動されており、紙面上下に正弦振動している。非受圧時にはその振幅が一定であるのに対し、図２（Ｂ）の矢視方向からの流れによる受圧時には、流体接触面積の小さな振動板１８ａより流体接触面積の大きな振動板１８ｂの方が総圧力が大きくなるため、振動板１８ｂの振動が、紙面下方向にシフトする。なお、外力は非定期であり通常単純にシフトするとは限らない。勿論、振動板１８ａの振動も受圧時にはシフトするが、渦流量計センサ１０への外部からの余計な振動などと共に、相殺することが可能であり、そのため図２（Ｃ）における振動板１８ａの位置は受圧時もシフトの無い状態で図示している。本発明は、外部からの余計な振動が無いと仮定すれば振動部材を２つ設ける必要は無いが、実際外部からの余計な振動が無いことは有り得ないので振動部材を２つ設け、外部振動を相殺するよう構成している。
【００４０】
図３は、図１の渦流量計センサにおける圧電素子の配線を説明するための模式図である。
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は共振駆動状態にあるときの振動板１８ａ，１８ｂの位置と圧電素子１５ａ，１５ｂの出力を示しており、図３（Ｄ），（Ｅ）は外部振動を受けているときの振動板１８ａ，１８ｂの位置と圧電素子１５ａ，１５ｂの出力を示している。図３で例示する共振駆動手段は、２つの振動部材を、お互い相反する方向に振動させるよう構成したものである。すなわち、この例では、振動板１８ａ，１８ｂを夫々反対方向に振動させるようにバイモルフ１７ａ，１７ｂを駆動させているが、振動部材として２枚の振動板を採用した場合は配線や圧電素子の位置などを考慮することで同方向に振動させる形態も採用できる。また、図３では、振動板１８ａ，１８ｂの外側に圧電素子１５ａ，１５ｂを設けたもののみを例示しているが、渦流量計センサの構造によっては内側に圧電素子を設けることも可能である。
【００４１】
圧電素子は、上述したように外部振動（配管振動など）の影響を除去するために２箇所に配置している。図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、２箇所に配置した圧電素子１５ａ，１５ｂに同一方向の外部振動が加わった場合は、発生電荷が互いに相殺されるように配線している。図３（Ａ），（Ｃ）に示すように、２箇所の圧電素子１５ａ，１５ｂが相対的に逆振動している時や圧電素子間に振幅の差が生じた時には信号が出るようになっている。
【００４２】
図４は、図１の渦流量計センサから出力される検出信号を説明するための図で、図４（Ａ）は非受圧時の信号波形を、図４（Ｂ）は受圧時の信号波形を、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）の信号を整流した波形を、図４（Ｄ）は図４（Ｃ）の信号から交番差圧（圧力変化）を抽出した信号波形を、夫々示している。
【００４３】
図４を参照して、本発明に係る渦流量計センサを渦流量計に適用した場合を例に挙げて、且つ図１乃至図３で説明した渦流量計センサを例示して、圧力検出信号（ここでは流量検出信号）を説明する。まず、流れが無い時にはバイモルフ１７ａ，１７ｂにより振動板１８ａ，１８ｂは強制的に共振振動が課せられており、信号Ｓ０のごとき固有周波数での振動のみが正弦波形の検出信号として検出される（図４（Ａ））。この振動板１８ａ，１８ｂは、接液している液体やガス体の密度に比例した固有振動で駆動されるので、その周波数を密度検出信号として使用するとよい。
【００４４】
しかしながら、これに流れが加わると、渦発生体２によりその下流にカルマン渦が発生し、カルマン渦による交番差圧が導圧孔５を通して振動板１８ａ，１８ｂ（特に振動板１８ｂ）に作用し、信号Ｓ０の振動中心が正弦振動を行うような検出信号Ｓが検出される（図４（Ｂ））。検出信号Ｓを整流することで信号ＳＩが得られ（図４（Ｃ））、これにバイアスをかけるなどして、渦による交番波形である復調信号（流量検出信号）ＳＱが得られる（図４（Ｄ））。実際には、検出信号Ｓ（信号Ｓ０の場合もある）をフーリエ変換などを行うことで、密度検出信号（信号Ｓ０と同様の波形をもつ信号）と流量検出信号とに分けて、流量（圧力）及び密度を検出するようにしてもよい。また、密度検出信号は、単にバイモルフ１７ａ，１７ｂの振動数により検出してもよく、その場合、検出信号Ｓからこの密度検出信号を差し引くことで流量検出信号ＳＱを得るようにしてもよい。
【００４５】
上述したように、本構成例に係る渦流量計センサは、共振周波数で振動する２枚の振動板で構成し、片側の振動板は幅寸法が少し広く交番差圧に直接対応できるようになっている。また、センサ構造とバイモルフ等によって２本の軸を共振駆動し、その振動を２枚の振動板に伝達する構造となっている。この振動板は接液している液体やガス体の密度に比例した固有振動で駆動されるのでその周波数を密度検出信号として使用する。交番差圧を検出するために、２枚の振動板は幅に差を設けてあり幅の広い片側の振動板が差圧に反応して振幅を変えるようになっている。振動板１８ａは差圧の影響を受けず振幅一定であるが振動板１８ｂは圧力を受けて振幅が変化する。本構成例において振動部は、音叉方式を取るため、左右対称の振動板であることが好ましいが、差圧検出は幅の大きな片側の振動板１８ｂで行なうとよい。但し、２枚の振動板は交番差圧の無い時（流れが無い時）振幅が同一となるよう厚みや形状を調整し振動のバランスを保つ必要がある。このように調整された振動板は配管振動等の外力に対して平衡状態を保てる。圧電素子から出力される信号は差動増幅等による信号処理でも可能であるが、ノイズの問題が解決できないので、ここでは検出信号（振動板共振波信号）を検波し、直流増幅後、渦信号を出力するといった信号処理を行うとよい。
【００４６】
図５は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を説明するための図で、図５（Ａ）は図１及び図２で示した振動部材の応用例を、図５（Ｂ），（Ｃ）は他の応用例を、夫々示している。
図１では、２つの振動部材として、固定点を同じくした音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂを備える渦流量計センサ１０を例示したが、図５（Ａ）のように、この音叉型の振動板１８ａ，１８ｂがその両方の振動板の先端部分をお互いに接続するようにしてもよい。先端部分の接続がない場合、交番差圧の周波数より振動板の周波数が高くないと信号検出に不具合が生ずることになるのが、先端部を固定することで、振動周波数を引き上げることが可能となる。図５（Ａ）では、板バネ１９により接続した例と、先端を固定部１９′で固定した例とを示している。また、図示はしないが、図５（Ａ）において振動板１８ｂを図面下方向に延伸した形状にしてもよい。
【００４７】
図５（Ｂ）には、左右の振動板２２ａ，２２ｂが並行振動方式を適用した渦流量計センサ２１を例示している。振動板２２ａ，２２ｂはその中盤より下方で幅を変更している。振動板としては、振動板２３ａ，２３ｂのように、全体を通して幅を異ならしめたものや、その先端を固定部２４で固定したものを採用してもよい。
【００４８】
図５（Ｃ）には、振動部が円筒形の板をもつものを採用した渦流量計センサ２５の模式図を示している。振動板２６ａ，２６ｂは、その径をお互い異ならせたり、先端部分の形状を異ならせることで形成するとよい。同様に、振動板２６ａ，２６ｂとしては、その先端を板バネ２９により接続したものや、先端を固定部２９′で固定して割溝をなくしたものなどを採用してもよい。
【００４９】
図６は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図６（Ａ）はその渦流量計センサの断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
図６を参照して説明する他の構成例は、基本的に図１の構成例と同様であるが、Ｂ−Ｂ断面の位置を異ならせており、共振駆動部及び圧力検出部を詳細に説明するために挙げている。図６中、３０は渦流量計センサ、３１は蓋部、３２ａ，３２ｂは振動伝達軸、３３は渦流量計センサ本体、３４ａ，３４ｂは圧電素子固定板、３５ａ，３５ｂは圧電素子、３６ａ，３６ｂはバイモルフ固定片、３７ａ，３７ｂはバイモルフ、３８ａ，３８ｂは振動板、を夫々示しており、これらの構成要素は図１の構成例の対応する構成要素と同様の機能を備えるものとする。
【００５０】
渦流量計センサ本体３３は、振動伝達軸３２ａ，３２ｂを夫々挿入するための軸挿入穴３３ａ，３３ｂを備えている。また、渦流量計センサ本体３３の凹部には、蓋部３１と一体に形成された振動駆動素子固定板３９が、バイモルフ３７ａ，３７ｂを固定したバイモルフ固定片３６ａ，３６ｂを、その主要部３９ａ，底部３９ｂで固定するよう構成されている。バイモルフ３７ａ，３７ｂは、振動素子固定板３９の側面３９ｃ，３９ｄによっても固定されている。また、図６中、３８ｃは振動板３８ａ，３８ｂ間の割溝、４０は図５で示したような各種形状をもつ先端部である。
【００５１】
ここで、本実施形態に係る渦流量計センサの渦流量計への適用例を詳述する。
本発明に係る渦流量計は、被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられ、内部に圧力室を有し、さらに被測定流体に接すべき外部に連通し該圧力室に流体圧を導入する導圧孔を有する渦発生体を備え、さらに圧力室内に本発明に係る渦流量計センサを備え、２つの圧力検出素子の出力信号から被測定流体の体積流量を算出する算出器を備えるようにすればよい。すなわち、本発明に係る渦流量計センサを差圧導入部に備えるようにするとよく、この場合、渦流量計センサは、渦流量計用の密度・流量センサともいえる。なお、図１等の他、図１４（Ｂ）のような状態で本発明に係る渦流量計センサを設置してもよい。
【００５２】
また、この算出器は、被測定流体の体積流量と、共振周波数から算出した被測定流体の密度とに基づいて、被測定流体の質量流量を算出するようにしてもよく、この場合、渦流量計が質量流量計として利用可能となる。従来技術に基づき現在使用している圧電センサは、カルマン渦による交番差圧（渦変動差圧ともいえる）の数を検出することで、体積流量を計測しているが密度計測は行っていないので、本発明のごとく、密度検出と流量検出を同時に行うよう、渦流量計センサ本体内に圧電素子による振動駆動部と流量信号検出部を設けたことで、流量検出と同時に密度検出が可能となるので、質量流量計測が可能となる。
【００５３】
図７は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、二重振動管型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図７（Ａ）は渦流量計センサ本体の模式図として二重振動管を簡単に図示しており、図７（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面における非受圧時及び受圧時の内外振動管の位置を説明するための図である。なお、図７は図２の模式に対応した模式図である。
【００５４】
本発明に係る渦流量計センサとしては、二重振動管タイプの振動部材を用いることもでき、ここではこの実施形態を説明する。すなわち、上述の２つの振動部材が、固定端を同じくした二重振動管型の部材であるようにしてもよい。図７で示す渦流量計センサ５０は、外筒５２内に内筒５３が本体５１を固定端として設けられている。図７（Ｂ）の左右で共振駆動手段及び外部圧力による振幅の最大値を示すように、非受圧時は実線で表すような外筒５２，内筒５３の位置となるが、受圧時には内筒５３は同様の位置となるが外筒５２は点線で表すような位置に時振幅が変化（シフト）する。内筒５３は内部の管であり圧力の影響を受けないので振幅が一定でシフトもしない。したがって、内外の振動管５２，５３の間隔は、圧力の影響を受けると、圧力を受けた側が狭くなる。
【００５５】
図８は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図７のごとき二重振動管型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。図８（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図８（Ｃ）は図８（Ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。また、図８（Ｄ）は渦流量計センサの振動状態を説明するための図で、図８（Ａ）の下側部分を模式的に示した図である。
【００５６】
図８を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ５０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、受圧部分の生じ得る外側振動管（外筒ともいう）５２と、外側振動管５２の内部に同心で格納され受圧部分を生じ得ない内側振動管（内筒ともいう）５３とが、本体５１に固定端を同じくして接続されており、バイモルフ５６等の圧電振動駆動素子によりお互いが振動するように構成されている。バイモルフ５６は外側振動管５２の径方向に内壁に接するように、且つ、内側振動管５３の上部５７の中心に接するように設けられている。また、二重振動管型の部材として、内側振動管５３の先端（図８の下端）を外側振動管５２の内壁に接続して、振動周波数を引き上げるようにしてもよい。なお、図８（Ａ）では内側振動管５３の下端部分に空洞を設けているが、これは外側振動管５２との固有振動数の一致を目的としてなされた工夫の１つである。
【００５７】
また、渦流量計センサ５０は、圧電素子５５ａ，５５ｂ等の圧力検出素子を備える。圧電素子５５ａ，５５ｂは、夫々圧電素子固定板５４ａ，５４ｂに固定されており、圧電素子固定板５４ａ，５４ｂは、各々振動部材の１つである外側振動管５２の径側一端と内側振動管５３の径側一端とを掛け渡し、圧電素子５５ａ，５５ｂが外側振動管５２と内側振動管５３との歪を検出することを可能としている。圧電素子５５ａ，５５ｂ及びバイモルフ５６の配線は、配線孔５８から外部へ取り出している。
【００５８】
内外の振動管５２，５３の間隔は、図８（Ｄ）に示すように、圧力の影響を受けると圧力を受けた側が狭くなる。被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００５９】
図９は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図９（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図９（Ｃ）は渦流量計センサの振動状態を説明するための図で、図９（Ａ）を模式的に示した図である。なお、図９で説明する渦流量計センサは、基本的に図１の渦流量計センサの原理を用い（音叉型ではないが）、２つの振動部材の一方を被測定流体に接しさせ、他方を接しさせないようにしたセンサである。
【００６０】
図９を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ６０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、受圧部分の生じ得る下側振動管６２ａと、下側振動管６２ａの固定部（渦流量計センサの本体ともいえる）６１を境として直列された、受圧部分を生じ得ない上側振動管６２ｂとが、お互い共通の固定部６１で接続されて構成されている。なお、２つの振動管を上下として説明するが、その使用形態によっては上下が逆転することや、左右など他の方向に設置されることがあることは言及するまでもなく、そのうち一方が被測定流体との接触用として、他方が該被測定流体との被接触用として用いるものであればよい。また、本実施形態では、２つの振動部材をお互いに相反する方向に振動するものは採用し得ないことに注意する必要がある。さらに、詳述はしないが、他の構成例として、上側振動管及び下側振動管の代わりに上側の振動板及び下側の振動板を用いてもよい。
【００６１】
また、下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂの内部には、共通の振動伝達軸６３がその両端を下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂの内壁に接する状態で備えられている。さらに、振動伝達軸６３の中心部に設けられた共振駆動手段の一例としての磁石６６ａ及び励振コイル６６ｂ等の振動駆動素子により、振動伝達軸６３を駆動させることで、固定部６１を中心として下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂがそれらの両端を最大振れ幅として振動（図９では左右に振動）するように構成されている。励振コイル６６ｂは固定部６１の内壁に接するように、且つ、磁石６６ａが振動伝達軸６３の長手方向の中央部分に接するように設けられている。なお、図９（Ａ）では振動伝達軸６３を棒状のものとして示したが、内部が空洞の筒状のものを採用してもよい。なお、被測定流体に接触させる側（下側で例示）の振動管６２ａと、被測定流体に接触させない側（上側で例示）の振動管６２ｂとは、被測定流体に対する被接触面積を異ならせたものとして見ることができるので、図１乃至図６で説明した２つの振動部材をもつタイプの振動管に類似しているともいえる。
【００６２】
また、渦流量計センサ６０は、圧電素子６５ａ，６５ｂ等の圧力検出素子を備える。圧電素子６５ａ，６５ｂは、夫々圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂに固定されており、圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂは、夫々下側振動管６２ａ，上側振動管６２ｂの内壁に固定されている。ここでは圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂとして、固定部６１の内壁における夫々下側振動管６２ａ側，上側振動管６２ｂ側に接続されたＬ形圧電素子固定片を例示している。また、圧電素子６５ａ，６５ｂは、夫々圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂと反対側に接続された圧電素子固定片６４ａ，６４ｂを介して、振動伝達片６７に接続されている。振動伝達片６７は、振動伝達軸６３の一部分の周囲に接して設けられており、結果として、圧電素子６５ａ，６５ｂが、夫々下側振動管６２ａ，上側振動管６２ｂの振動伝達軸６３に対する歪を検出することを可能としている。
【００６３】
上下の振動管６２ａ，６２ｂは、被測定流体に対する被接触面積を異ならせているので下側だけが被測定流体による圧力を受けることとなり、図９（Ｃ）に示すように、圧力の影響を受けると圧力を受けた側の振動管（下側振動管６２ａ）の振れ（角度θ１）の方が、圧力を受けていない側の振動管（上側振動管６２ｂ）の振れ（角度θ２）よりも大きくなる。すなわち、被測定流体による圧力を受けることで、上下の振動管で軸の傾斜が異なることとなる。この差に基づいて交番差圧の検出を行うこととなる。なお、被測定流体による圧力を受けていないときには、上下の振動管で軸の傾斜が同じになる。また、被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００６４】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図９のごとき部材を用いた渦流量計センサの他の構成例を示す図である。図１０（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。なお、図１０で説明する渦流量計センサは、基本的に図９の渦流量計センサの原理を用い、２つの振動部材の一方を被測定流体に接しさせ、他方を接しさせないようにしたセンサであるが、その圧力検出素子の設置方法が図９のそれとは異なる。
【００６５】
図１０中、７０は渦流量計センサ、７１は固定部（センサ本体）、７２ａは下側振動管、７２ｂは上側振動管、７３は振動伝達軸、７４ａ，７４ｂは圧電素子固定板、７５ａ，７５ｂは圧電素子、７６ａは磁石、７６ｂは励振コイル、７７は振動伝達片、を夫々示しており、これらの構成要素は図９の構成例の対応する構成要素と同様の機能を備えるものとする。但し、図１０を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ７０は、図９のＬ形圧電素子固定片６４Ｌａ，６４Ｌｂ及び圧電素子固定板６４ａ，６４ｂの代わりに、圧電素子固定板７４ａ，７４ｂを用いて圧電素子の固定を行っている。また、下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの両端には、夫々その振動方向の幅を細めた先端部７８ａ，７８ｂが設けられている。さらに、その他、上側振動管７２ｂの先端部７８ｂには、振動管保護具（円筒形の場合には振動体保護円筒カバーともいえる）７９が取り外し不能に或いは取り外し可能に備えられている。振動管保護具７９を取り外し可能に設けた場合には振動管７２ａ，７２ｂのいずれ側をも被測定流体に接する側とすることが可能である。
【００６６】
振動伝達軸７３の中心部に設けられた共振駆動手段の一例としての磁石７６ａ及び励振コイル７６ｂ等の振動駆動素子により、振動伝達軸７３を駆動させることで、固定部７１を中心として下側振動管７２ａ及び上側振動管７２ｂがそれらの両端（先端部７８ａ，７８ｂの固定部７１側の部分）を最大振れ幅として振動（図１０では左右に振動）するように構成されている。また、圧電素子７５ａ，７５ｂは、夫々圧電素子固定板７４ａ，７４ｂに固定されており、圧電素子固定板７４ａ，７４ｂは、夫々下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの内壁に固定されている。ここでは圧電素子固定板７４ａ，７４ｂとして、固定部７１の内壁における夫々下側振動管７２ａ側，上側振動管７２ｂ側に接続され、且つ、振動伝達片７７に接続された圧電素子固定片を例示している。振動伝達片７７は、振動伝達軸７３に接続されており、結果として、圧電素子７５ａ，７５ｂが、夫々下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの振動伝達軸７３に対する歪を検出することを可能としている。また、被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図９で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００６７】
図１１は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、捻り振動型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図１１（Ａ）は渦流量計センサ本体の模式図として捻り振動型の振動体を簡単に図示しており、図１１（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面における非受圧時及び受圧時の振動体の位置を説明するための図、図１１（Ｃ）は図１１（Ｂ）において振動体のみ抽出して示した図である。なお、図１１は図２の模式に対応した模式図である。
【００６８】
本発明に係る渦流量計センサとしては、捻り振動タイプの振動部材を用いることもでき、ここではこの実施形態を説明する。すなわち、上述の２つの振動部材が、共通の振動軸をもつ捻り振動型の部材であるようにしてもよい。図１１で示す渦流量計センサ８０においては、振動軸８３を中心に振動管８２が捻り振動し、振動管８２の先端部分として設けられた振動体８８も振動軸８３の延長上の軸８３′を（少なくとも固定端側では）中心とし、捻り振動を行う。但し、上述の共通の振動軸とは先端部分として設けられた振動体８８の中心軸８３′を指し、振動体８８は、厳密には先端部にてその中心軸８３′を中心に捻り振動を行うとはいえないことに留意すべきである。
【００６９】
振動体８８はこの形状から１つの振動体ともいえるが、本明細書中では、その左右両側が夫々１つの振動部材に対応するものとして、中心軸８３′を境に左側振動体８８ａ（図１１（Ｂ），（Ｃ）中では上部），右側振動体８８ｂ（同じく下部）として説明している。先端部８８は、その中心軸８３′を境に左側振動体（先端部受圧側とする）８８ａと右側振動体（先端部非受圧側とする）８８ｂとに分けて考えることが可能で、それ故、左側，右側の夫々を個々の振動部材として考えている。なお、本明細書中、受圧側と非受圧側とに振動部材を分けて説明しているが、非受圧側でも多少の受圧は存在することが普通であり、また、受圧側及び非受圧側共に被測定流体が流動していない時などは圧力を受けないものとする。
【００７０】
但し、振動体８８が左右対象なものであった場合などには、振動体８８の両側（左側振動体８８ａ，右側振動体８８ｂ）へは被測定流体による圧力が同等にかかってしまうので、何らかの形で振動体８８の左右両側に対する被測定流体からの圧力を異ならしめる必要がある。すなわち、何らかの手段で受圧部分の被接触面積を異ならせる必要がある。なお、この点でここでの面積とは、振動部材の物理的な面積に限らず、振動部材の周囲の構造上、振動部材が受圧し得る面積といえる。そのため、例えば、捻り振動型の部材は、部材の先端を捻り振動可能に覆って被測定流体を仕切る流体仕切り部（カラー９１）を有し、流体仕切り部（カラー９１）は、部材の振動軸８３′の位置で部材を２つに仕切り且つ被測定流体を導入する流体導入部（Ｖ字遮蔽部９２及び窓部９３ａ，９３ｂ）を有するようにしてもよい。図１１（Ｂ）に例示するカラー９１では、窓９３ａ，９３ｂを設け、被測定流体の流入、すなわち被測定流体による応圧を可能としている。
【００７１】
振動体８８は、図１１（Ｂ），（Ｃ）において矢付きの円弧（実線，破線）で示す方向に共振振動するが、先端部受圧側８８ａでは、外部圧力により実際には図１１（Ｃ）の矢付きの円弧（実線）で示す方向に共振振動がシフト（角度θ３で表記）する。しかしながら、先端部非受圧側８８ｂでは、圧力の影響を受けにくく、実際にはシフト（シフト角０として図示）することはあるものの、シフトの量に差が生じる。換言すると、圧力に抵抗する側に捻り振動する時は振動の振幅が小さく、逆の時は大きい。角度θ３（実際はここから先端部非受圧側８８ｂのシフト角を差し引いた値）で表記されるこの差を、圧力検出素子により検出するとよい。
【００７２】
図１２は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１１のごとき捻り振動型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。図１２（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１２（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。また、図１２（Ｃ）は渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図１２（Ｂ）に対応する断面図である。また、図１３は、図１２の渦流量計センサの先端部の断面を示しながらセンサ設置方法を説明するための図である。
【００７３】
図１２及び図１３を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ８０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、先端部８８を有する。先端部８８では、受圧部分の生じ得る受圧側先端部８８ａと、受圧側先端部８８ａの振動軸８３′と同じ軸で振動し受圧部分を生じ得ない非受圧側先端部８８ｂとが、本体８１に固定端を同じくして接続されている（図１３）。先端部８８は、圧電セラミック８６ａ，８６ｂ（図１２（Ｂ））や磁石８６ａ′，８６ｂ′及びコイル８７ａ′，８７ｂ′（図１２（Ｃ））等の振動駆動素子によりお互いが振動軸（中心軸ともいえる）８３′を中心として捻り振動するように構成されている。図１２（Ｂ）を参照すると、圧電セラミック８６ａ，８６ｂは、夫々Ｌ字型の振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄを介して渦流量計センサ本体８１の受圧側，非受圧側に接続されており、同時に、振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄを介して捻り振動伝達片８９（受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂ）に接続されている。また、振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄは、渦流量計センサ８０の本体８１の内壁に接するように設けられ、受圧側凸部８９ａ及び非受圧側凸部８９ｂを持つ振動伝達片８９の中心には振動伝達軸８３が設けられている。振動伝達軸８３は、振動管８２の内壁の底部であって先端部８３の付根部分まで延伸しており、中心軸８３′を中心として先端部８８を捻り振動させることを可能としている。
【００７４】
また、渦流量計センサ８０は、圧電素子８５ａ，８５ｂ等の圧力検出素子を、夫々受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに備える（図１２（Ｂ））。圧電素子８５ａ，８５ｂは、夫々圧電素子固定板８４ａ，８４ｂに固定されており、圧電素子固定板８４ａ，８４ｂは、夫々Ｌ字型の振動伝達板８１ａ，８１ｂを介して受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに接続されている。圧電素子８５ａ，８５ｂは、夫々、振動部材の一部である渦流量計センサ本体８１の受圧側の振動伝達板８１ａ，非受圧側の振動伝達板８１ｂを介して、夫々振動伝達片８９の受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂでの歪を検出することを可能としている。なお、図１２（Ｃ）における各部８９，８９ａ′，８９ｂ′は、夫々図１２（Ｂ）の捻り振動伝達片８９，受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに対応している。
【００７５】
振動体（渦流量計センサ先端部）８８は、図１３及び図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように窓９３ａ，９３ｂ及びＶ字遮蔽部９２付きのカラー９１を渦発生体２の導圧部５などに設置することで、一方（図１３で上側）から圧力の影響を受けると、受圧側先端部８８ａの振動の振幅が図面右側にずれ、非受圧側先端部８８ｂの振動の振幅はこのときそのずれより小さいずれで図面左側にずれることとなる。被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６等で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力検出素子とは別に密度計を設けたりすることなく、被測定流体の密度と渦発生体に伴う交番差圧とを検出することが可能となる。
【００７７】
また、本発明によれば、この渦流量計センサを用いて被測定流体の体積流量又は質量流量を計測する渦流量計を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図２】図１の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図３】図１の渦流量計センサにおける圧電素子の配線を説明するための模式図である。
【図４】図１の渦流量計センサから出力される検出信号を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、二重振動管型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図７のごとき二重振動管型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図９のごとき部材を用いた渦流量計センサの他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、捻り振動型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１１のごとき捻り振動型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図１３】図１２の渦流量計センサの先端部の断面を示しながらセンサ設置方法を説明するための図である。
【図１４】従来の渦流量計センサの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
２…渦発生体、５…導圧孔、６…流路、７…迂回路（凹部）、１０…渦流量計センサ、１１…蓋部、１２ａ，１２ｂ…振動伝達軸（振動板駆動軸）、１３…本体、１３ａ，１３ｂ…軸挿入穴、１４ａ，１４ｂ…圧電素子固定板（圧電素子固定枠）１５ａ，１５ｂ…圧電素子、１６ａ，１６ｂ…バイモルフ固定片、１７ａ，１７ｂ…バイモルフ型圧電アクチュエータ（バイモルフ）１８ａ，１８ｂ，１８ａ′，１８ｂ′…振動板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦流量計センサ、及び該センサを備えた渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦流量計は、周知のように、流体の流れの中に渦発生体を配設したとき、その渦発生体から単位時間内に発生するカルマン渦の数が或るレイノルズ数範囲で流量に比例することを利用した推測形の流量計である。発生する渦は、渦発生体周りに生ずる流れ変化又は圧力変化として渦流量計センサ（しばしば単に渦センサと呼ぶ）により検出される。これらの渦センサは、渦発生体内に固着されるか着脱可能に配設されている。流量計は、目的に応じて多様の流体の流量計測を行う計量機であるが、渦流量計は、気体液体等密度や粘度に影響されることなくレイノルズ数のみに依存して特性が定められる特徴をもっている。渦流量計センサ及びそのセンサを備えた渦流量計は、従来から様々な形態で提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１４は、従来の渦流量計センサの一例を説明するための図で、図１４（Ａ）は流れ方向から見た断面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。図中、１０１は流管（管体ともいう）、１０２は渦発生体、１０３は取付面、１０４は計測室（圧力室ともいう）、１０５は圧力導入孔（導圧孔ともいう）、１１０は渦流量計センサ（単に渦センサともいう）を夫々示している。
【０００４】
管体１０１は、被測定流体の流通する配管に介装され、その直径上に渦発生体１０２が設けられている。渦発生体１０２には管体１０１を貫通した凹部が設けられ、その凹部は圧力室１０４となっており、圧力室１０４の両側壁面に導圧孔１０５が貫通し、被測定流体に連通している。一方、圧力室１０４には渦センサ１１０が挿入されている。渦センサ１１０は、鍔部（フランジ）１１１を有する有底な円筒体状の振動管１１３と、振動管１１３の底部に受圧板１１３ａが一体に形成され振動管１１３内に同軸に嵌挿された母材１１４と、母材１１４の両側面に導電性接着剤で固着された圧電素子１１５と、振動管１１３内に母材１１４を一体固着する充填剤１１６及びリード線１１２とからなっている。リード線としてのシールドケーブル１１２は、その芯線１１２ｂに圧電素子１１５の一方の極が接続され、そのシールド線１１２ａに圧電素子１１５の他方の極がハンダ付けされた錫メッキ線を介して接続される。
【０００５】
渦センサ１１０は、振動管１１３の鍔部１１１において管体１０１に形成された取付面１０３で管体１０１に片持固着される。渦による変動圧力は、導圧孔１０５を介して圧力室１０４に導入され、受圧板１１３ａに作用する。変動圧力を受けた受圧板１１３ａは片持固着された位置まわりに変動するが、この変動は、振動管１１３の凹陥部１１６ａに充填された充填剤１１６を介して圧電素子１１５に伝達され、振動に応じた電気信号（電荷）をリード線１１２より出力される。ここで、充填剤１１６は、単に力伝達の媒体ではなく絶縁性が要求される。一般に絶縁抵抗は温度により変化し、高温では低下するので、充填剤１１６としてガラス，エポキシ樹脂等の絶縁性材料が用いられる。
【０００６】
なお、渦流量計用のセンサとしては、例えば、製造工程中に振動管を高温に曝すことをなくし長期安定で信頼度を高くするとともに、高感度で高域特性の優れたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、渦流量計を配管から取り外すことなく通液中でも渦検出部を取り替え可能にする渦流量計用センサも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、上述したカルマン渦の発生に伴う交番差圧の応力を電荷変化として検出する圧電素子に対し、交番差圧を抵抗変化として検出するストレンゲージ（歪ゲージ）により渦を検出する渦センサも存在する。ストレンゲージ式の渦センサでは、一端のみを支持された渦発生体の中に、一体に固着された母材及び一対のストレンゲージが内蔵されており、カルマン渦の発生に伴う渦発生体の交番揚力によって内部のストレンゲージが歪応力を受ける。ストレンゲージはブリッジ回路の２辺を構成しており、ストレンゲージの抵抗変化を電圧変化として検出する。ストレンゲージを用いて圧力を検出する場合も、振動管の基本的な構成は同様であり、説明を省略する。
【０００８】
渦流量計では、上述のごとき渦センサでカルマン渦の数（周波数）を検出することにより流速を得、さらに流速に流路断面積を乗ずることにより体積流量を得ている。
【０００９】
【特許文献１】
特公昭６３−３１７２６号公報
【特許文献２】
特許第３０６９１８１号公報
【特許文献３】
特許第３１５３７４８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に流量計の場合、被測定流体の流速又は体積流量だけでなく、被測定流体の密度をも求めたい場合がある。例えば、被測定流体の質量流量を求めたい場合などがそれに当たる。この場合、従来の技術では、圧力検出素子とは別に密度計を設ける必要があり、設置位置などを考慮した設計を行わなければならないうえに、高コストとなる。
【００１１】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、被測定流体の密度をも検出することが可能な渦流量計センサ、及びこの渦流量計センサを用いて被測定流体の体積流量又は質量流量を計測する渦流量計を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の各技術手段により構成される。
第１の技術手段は、渦流量計において被測定流体の密度と渦発生体に伴う交番差圧を検出するための渦流量計センサであって、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の面積を異ならせた２つの振動部材と、各振動部材を共振させるよう駆動する共振駆動手段と、各振動部材が受ける力を夫々検出する２つの検出素子と、を備え、前記共振駆動手段により各振動部材を被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、該共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、前記２つの検出素子の双方又は一方の出力信号により、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴としたものである。
【００１３】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を振動させる振動駆動素子と、振動駆動素子が共振するまで振動させるよう、対応する検出素子或いは一方の検出素子で検出された信号を、対応する振動駆動素子にフィードバックさせるフィードバック回路と、を有することを特徴としたものである。
【００１４】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、受圧部分の面積が小さい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号を基準として、受圧部分の面積が大きい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号から、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴としたものである。
【００１５】
第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれか１の技術手段において、前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を、お互い相反する方向に振動させることを特徴としたものである。
【００１６】
第５の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、音叉型を形作る２枚の振動板を有することを特徴としたものである。
【００１７】
第６の技術手段は、第５の技術手段において、前記音叉型の２枚の振動板は、その両方の振動板の先端部分をお互いに接続したものであることを特徴としたものである。
【００１８】
第７の技術手段は、第５又は第６の技術手段において、前記音叉型の２枚の振動板は、受圧部分の面積を同じくして、且つ、該２枚の振動板の前面の幅をもつ流路に設けるためのものとし、該流路の壁面は、一方の振動板の側面付近に、後段にある他方の振動板に被測定流体を流通させるための迂回路をもつことを特徴としたものである。
【００１９】
第８の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、固定端を同じくした二重振動管型の部材であることを特徴としたものである。
【００２０】
第９の技術手段は、第８の技術手段において、前記二重振動管型の部材は、内側振動管の先端を外側振動管の内壁に接続したものであることを特徴としたものである。
【００２１】
第１０の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、共通の固定部を境として直列された２つの部材とし、そのうち一方が被測定流体との接触用として、他方が該被測定流体との被接触用として用いるものであることを特徴としたものである。
【００２２】
第１１の技術手段は、第１０の技術手段において、前記直列された２つの部材は、前記固定部に前記共振駆動手段を有することを特徴としたものである。
【００２３】
第１２の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、共通の振動軸をもつ捻り振動型の部材であることを特徴としたものである。
【００２４】
第１３の技術手段は、第１２の技術手段において、前記捻り振動型の部材は、前記部材の先端を捻り振動可能に覆って被測定流体を仕切る流体仕切り部を有し、該流体仕切り部は、前記部材の振動軸の位置で前記部材を２つに仕切り且つ被測定流体を導入する流体導入部を有することを特徴としたものである。
【００２５】
第１４の技術手段は、被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられ、内部に圧力室を有し、さらに被測定流体に接すべき外部に連通し該圧力室に流体圧を導入する導圧孔を有する渦発生体を備えた渦流量計であって、前記圧力室内に第１乃至第１３のいずれか１の技術手段における渦流量計センサを有し、当該渦流量計は、前記２つの検出素子の出力信号から被測定流体の体積流量を算出する算出器を備えることを特徴とした渦流量計である。
【００２６】
第１５の技術手段は、第１４の技術手段において、前記算出器は、被測定流体の体積流量と、前記共振周波数から算出した被測定流体の密度とに基づいて、被測定流体の質量流量を算出することを特徴としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。また、図１（Ｃ）は渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る渦流量計センサ（検出器ともいえる）は、被測定流体の密度及び渦発生体に伴う交番差圧を検出するためのセンサであり、２つの振動部材、共振駆動手段、２つの検出素子を備えるものとする。なお、検出素子については、渦発生体に伴う交番差圧或いはそれによる応力を検出することを目的とした素子であることから、以下、圧力検出素子と呼ぶ。
【００２９】
２つの振動部材は、その固有振動数を、被接触媒体の密度，温度など同条件で同じくし（例えば標準状態での被測定媒体，大気，水などで固有振動数を同じくし）、且つ、受圧部分の流体接触面積を異ならすように形成された部材であり、共振駆動手段により振動させる部材である。２つの振動部材としては弾性母材を全部又は一部に使用するとよい。
【００３０】
また、図１に示すように、２つの振動部材は、共通の固定端をもち、渦流量計センサ１０の本体１３の先端方向（ここでは下方）に、２つの振動板１８ａ，１８ｂを備え、夫々に振動伝達軸１２ａ，１２ｂが接続され、さらに振動伝達軸１２ａ，１２ｂはその共通の固定端としての蓋部１１に固定されている。なお、渦流量計センサ本体１３は、振動伝達軸１２ａ，１２ｂを夫々挿入するための軸挿入穴１３ａ，１３ｂを備えている。図１では、２つの振動部材は、固定点を同じくした音叉型の部材（音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂを有する）を例示している。また、この例では図１（Ｂ）に示すように、被測定流体から受ける交番差圧を測定するために、圧力を受ける前面側に流体接触面積（受圧面積）の小さい振動部材を配置し、背面側に流体接触面積の大きい振動部材を配置している。本発明においては、基本的に一方の振動部材（受圧面積の大きい方の部材）が受ける力から圧力を検出するが、外部振動を相殺するために小さい方の部材が受ける力も検出することが好ましい。ここで、流体接触面積とは、各振動部材に対し、被測定流体が接触して圧力を加える面の面積を基本的に指し、本構成例では振動板１８ａ，１８ｂの前面側表面の広さを表すものとする。なお、この点で、ここでの面積とは、振動部材の物理的な面積に限らず、振動部材の周囲の構造上、振動部材が受圧し得る面積といえ、受圧部分の面積とも呼ぶ。図１（Ｂ）では、加えて、振動板１８ａ，１８ｂが渦発生体２の導圧孔５内の圧力室に設けられた例を示している。振動部材に加える振動に関しては、共振駆動手段に関する説明と併せて後述する。
【００３１】
２つの圧力検出素子は、各振動部材が受ける力を夫々検出する素子であり、例えば各振動部材に接合した圧電素子や歪ゲージなどが挙げられる。後述するように、この圧力検出素子が実際にここで出力信号として検出するのは、共振駆動手段で駆動される振動による信号と、振動部材が被測定流体から受けた圧力による信号とが重ね合わされた信号となる。図１では、圧電素子固定板（圧電素子固定枠ともいえる）１４ａ，１４ｂにより夫々固定された圧電素子１５ａ，１５ｂを例に挙げている。なお、圧電素子固定板１４ａ，１４ｂは、夫々振動伝達軸１２ａ，１２ｂに固定されており、ここでは連続した固定板として説明するが、別個の固定板であってもよい。
【００３２】
共振駆動手段は、各振動部材を共振させるよう駆動する手段であり、同手段により或いは他の手段により共振周波数を検出可能となっている必要がある。自由振動をする物体の固有振動は物体の密度や物体に付着した他の物質（ここでは被測定流体）の密度によって変化を受けるので、この原理を利用して被測定流体中に置いた振動部材の固有振動数を計測して密度を知るようにする。共振駆動手段としては自励振動する単独の圧電振動子などを利用してもよく、共振駆動手段により自励発振で振動部材を固有振動状態に駆動し、固有振動数（共振周波数）を検出して密度の信号を得るようにしてもよい。また、共振駆動手段は、振動駆動素子とフィードバック回路とを有するよう構成してもよく、図１ではこの例を示している（但し、フィードバック回路は図示せず）。
【００３３】
振動駆動素子は、各振動部材を振動させる素子であり、合計２つ（又は２組）の振動駆動素子或いは共通の１つの振動駆動素子が具備されていればよい。図１の構成例では、振動駆動素子の一例としてバイモルフ型圧電アクチュエータ（以下、単にバイモルフと呼ぶ）１７ａ，１７ｂが、夫々、振動伝達可能なバイモルフ固定片１６ａ，１６ｂに固定され、振動伝達軸（振動板駆動軸ともいえる）１２ａ，１２ｂに接するよう設けている。なお、振動駆動素子に関し、密度信号として共振周波数を出力するため、素子と表現しているが、後述するように磁石及び励振コイルなどにより構成してもよい。
【００３４】
フィードバック回路は、個々の圧力検出素子やその他の手段で検出された振動信号（出力信号のうち強制振動に係る信号を抽出するなどするとよい）を、対応する振動駆動素子に、その振動駆動素子が共振するまで振動させるようフィードバックさせる。若しくは、フィードバック回路は、いずれかの圧力検出素子で検出された振動信号を、双方の振動駆動素子（１つしかない形態ではその振動駆動素子）に、その振動駆動素子が共振するまで振動させるようフィードバックさせる。若しくは、その他の手段により振動伝達軸１２ａ，１２ｂ或いは振動板１８ａ，１８ｂでの振動を検出し、そのうち強制振動に係わる信号を抽出し、その信号が共振状態を示すようになるまで振動駆動素子の振動周波数を上げて行ってもよい。
【００３５】
上述のごとく、本発明に係る渦流量計センサは、共振駆動手段により各振動部材を被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、その共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、２つの圧力検出素子の少なくとも一方の出力信号により、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出するようにしている。
【００３６】
また、本発明に係る渦流量計センサにおいては、受圧部分（検圧部分ともいえる）の流体接触面積の小さい方の振動部材に対応した圧力検出素子の出力信号を基準として、受圧部分（検圧部分ともいえる）の流体接触面積の大きい方の振動部材に対応した圧力検出素子の出力信号から、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出するようにしてもよい。
【００３７】
図１（Ｃ）を参照して、音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂの流体接触面積を同じくしたときの形態を説明する。上述の構成例で２枚の振動板の流体接触面積を異ならせた理由は、被測定流体による個々の振動板へかかる圧力に差を与えるためであり、これは、ここで説明する図１（Ｃ）のごとき構成でも実現できる。すなわち、振動板１８ａ′，１８ｂ′を有する渦流量計センサ１０は、振動板１８ａ′の前面の幅（振動板１８ｂ′の幅も同じ）と略同じ幅Ｌをもつ流路６に設けるためのものとする。但し、この流路６の壁面は、一方の振動板１８ａ′の側面付近に、後段にある他方の振動板１８ｂ′に被測定流体を流通させるための迂回路（凹部）７をもつよう形成しておく必要がある。
【００３８】
図２は、図１の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図２（Ａ）は渦流量計センサ本体１０の模式図として振動板１８ａ，１８ｂを簡単に図示しており、図２（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面図を、図２（Ｃ）は夫々の振動板１８ａ，１８ｂ夫々の非受圧時，受圧時の位置を説明するための図である。
【００３９】
図２（Ｃ）に示すように、振動板１８ａ，１８ｂは、非受圧時も受圧時もバイモルフ１７ａ，１７ｂにより夫々駆動されており、紙面上下に正弦振動している。非受圧時にはその振幅が一定であるのに対し、図２（Ｂ）の矢視方向からの流れによる受圧時には、流体接触面積の小さな振動板１８ａより流体接触面積の大きな振動板１８ｂの方が総圧力が大きくなるため、振動板１８ｂの振動が、紙面下方向にシフトする。なお、外力は非定期であり通常単純にシフトするとは限らない。勿論、振動板１８ａの振動も受圧時にはシフトするが、渦流量計センサ１０への外部からの余計な振動などと共に、相殺することが可能であり、そのため図２（Ｃ）における振動板１８ａの位置は受圧時もシフトの無い状態で図示している。本発明は、外部からの余計な振動が無いと仮定すれば振動部材を２つ設ける必要は無いが、実際外部からの余計な振動が無いことは有り得ないので振動部材を２つ設け、外部振動を相殺するよう構成している。
【００４０】
図３は、図１の渦流量計センサにおける圧電素子の配線を説明するための模式図である。
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は共振駆動状態にあるときの振動板１８ａ，１８ｂの位置と圧電素子１５ａ，１５ｂの出力を示しており、図３（Ｄ），（Ｅ）は外部振動を受けているときの振動板１８ａ，１８ｂの位置と圧電素子１５ａ，１５ｂの出力を示している。図３で例示する共振駆動手段は、２つの振動部材を、お互い相反する方向に振動させるよう構成したものである。すなわち、この例では、振動板１８ａ，１８ｂを夫々反対方向に振動させるようにバイモルフ１７ａ，１７ｂを駆動させているが、振動部材として２枚の振動板を採用した場合は配線や圧電素子の位置などを考慮することで同方向に振動させる形態も採用できる。また、図３では、振動板１８ａ，１８ｂの外側に圧電素子１５ａ，１５ｂを設けたもののみを例示しているが、渦流量計センサの構造によっては内側に圧電素子を設けることも可能である。
【００４１】
圧電素子は、上述したように外部振動（配管振動など）の影響を除去するために２箇所に配置している。図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、２箇所に配置した圧電素子１５ａ，１５ｂに同一方向の外部振動が加わった場合は、発生電荷が互いに相殺されるように配線している。図３（Ａ），（Ｃ）に示すように、２箇所の圧電素子１５ａ，１５ｂが相対的に逆振動している時や圧電素子間に振幅の差が生じた時には信号が出るようになっている。
【００４２】
図４は、図１の渦流量計センサから出力される検出信号を説明するための図で、図４（Ａ）は非受圧時の信号波形を、図４（Ｂ）は受圧時の信号波形を、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）の信号を整流した波形を、図４（Ｄ）は図４（Ｃ）の信号から交番差圧（圧力変化）を抽出した信号波形を、夫々示している。
【００４３】
図４を参照して、本発明に係る渦流量計センサを渦流量計に適用した場合を例に挙げて、且つ図１乃至図３で説明した渦流量計センサを例示して、圧力検出信号（ここでは流量検出信号）を説明する。まず、流れが無い時にはバイモルフ１７ａ，１７ｂにより振動板１８ａ，１８ｂは強制的に共振振動が課せられており、信号Ｓ０のごとき固有周波数での振動のみが正弦波形の検出信号として検出される（図４（Ａ））。この振動板１８ａ，１８ｂは、接液している液体やガス体の密度に比例した固有振動で駆動されるので、その周波数を密度検出信号として使用するとよい。
【００４４】
しかしながら、これに流れが加わると、渦発生体２によりその下流にカルマン渦が発生し、カルマン渦による交番差圧が導圧孔５を通して振動板１８ａ，１８ｂ（特に振動板１８ｂ）に作用し、信号Ｓ０の振動中心が正弦振動を行うような検出信号Ｓが検出される（図４（Ｂ））。検出信号Ｓを整流することで信号ＳＩが得られ（図４（Ｃ））、これにバイアスをかけるなどして、渦による交番波形である復調信号（流量検出信号）ＳＱが得られる（図４（Ｄ））。実際には、検出信号Ｓ（信号Ｓ０の場合もある）をフーリエ変換などを行うことで、密度検出信号（信号Ｓ０と同様の波形をもつ信号）と流量検出信号とに分けて、流量（圧力）及び密度を検出するようにしてもよい。また、密度検出信号は、単にバイモルフ１７ａ，１７ｂの振動数により検出してもよく、その場合、検出信号Ｓからこの密度検出信号を差し引くことで流量検出信号ＳＱを得るようにしてもよい。
【００４５】
上述したように、本構成例に係る渦流量計センサは、共振周波数で振動する２枚の振動板で構成し、片側の振動板は幅寸法が少し広く交番差圧に直接対応できるようになっている。また、センサ構造とバイモルフ等によって２本の軸を共振駆動し、その振動を２枚の振動板に伝達する構造となっている。この振動板は接液している液体やガス体の密度に比例した固有振動で駆動されるのでその周波数を密度検出信号として使用する。交番差圧を検出するために、２枚の振動板は幅に差を設けてあり幅の広い片側の振動板が差圧に反応して振幅を変えるようになっている。振動板１８ａは差圧の影響を受けず振幅一定であるが振動板１８ｂは圧力を受けて振幅が変化する。本構成例において振動部は、音叉方式を取るため、左右対称の振動板であることが好ましいが、差圧検出は幅の大きな片側の振動板１８ｂで行なうとよい。但し、２枚の振動板は交番差圧の無い時（流れが無い時）振幅が同一となるよう厚みや形状を調整し振動のバランスを保つ必要がある。このように調整された振動板は配管振動等の外力に対して平衡状態を保てる。圧電素子から出力される信号は差動増幅等による信号処理でも可能であるが、ノイズの問題が解決できないので、ここでは検出信号（振動板共振波信号）を検波し、直流増幅後、渦信号を出力するといった信号処理を行うとよい。
【００４６】
図５は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を説明するための図で、図５（Ａ）は図１及び図２で示した振動部材の応用例を、図５（Ｂ），（Ｃ）は他の応用例を、夫々示している。
図１では、２つの振動部材として、固定点を同じくした音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂを備える渦流量計センサ１０を例示したが、図５（Ａ）のように、この音叉型の振動板１８ａ，１８ｂがその両方の振動板の先端部分をお互いに接続するようにしてもよい。先端部分の接続がない場合、交番差圧の周波数より振動板の周波数が高くないと信号検出に不具合が生ずることになるのが、先端部を固定することで、振動周波数を引き上げることが可能となる。図５（Ａ）では、板バネ１９により接続した例と、先端を固定部１９′で固定した例とを示している。また、図示はしないが、図５（Ａ）において振動板１８ｂを図面下方向に延伸した形状にしてもよい。
【００４７】
図５（Ｂ）には、左右の振動板２２ａ，２２ｂが並行振動方式を適用した渦流量計センサ２１を例示している。振動板２２ａ，２２ｂはその中盤より下方で幅を変更している。振動板としては、振動板２３ａ，２３ｂのように、全体を通して幅を異ならしめたものや、その先端を固定部２４で固定したものを採用してもよい。
【００４８】
図５（Ｃ）には、振動部が円筒形の板をもつものを採用した渦流量計センサ２５の模式図を示している。振動板２６ａ，２６ｂは、その径をお互い異ならせたり、先端部分の形状を異ならせることで形成するとよい。同様に、振動板２６ａ，２６ｂとしては、その先端を板バネ２９により接続したものや、先端を固定部２９′で固定して割溝をなくしたものなどを採用してもよい。
【００４９】
図６は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図６（Ａ）はその渦流量計センサの断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
図６を参照して説明する他の構成例は、基本的に図１の構成例と同様であるが、Ｂ−Ｂ断面の位置を異ならせており、共振駆動部及び圧力検出部を詳細に説明するために挙げている。図６中、３０は渦流量計センサ、３１は蓋部、３２ａ，３２ｂは振動伝達軸、３３は渦流量計センサ本体、３４ａ，３４ｂは圧電素子固定板、３５ａ，３５ｂは圧電素子、３６ａ，３６ｂはバイモルフ固定片、３７ａ，３７ｂはバイモルフ、３８ａ，３８ｂは振動板、を夫々示しており、これらの構成要素は図１の構成例の対応する構成要素と同様の機能を備えるものとする。
【００５０】
渦流量計センサ本体３３は、振動伝達軸３２ａ，３２ｂを夫々挿入するための軸挿入穴３３ａ，３３ｂを備えている。また、渦流量計センサ本体３３の凹部には、蓋部３１と一体に形成された振動駆動素子固定板３９が、バイモルフ３７ａ，３７ｂを固定したバイモルフ固定片３６ａ，３６ｂを、その主要部３９ａ，底部３９ｂで固定するよう構成されている。バイモルフ３７ａ，３７ｂは、振動素子固定板３９の側面３９ｃ，３９ｄによっても固定されている。また、図６中、３８ｃは振動板３８ａ，３８ｂ間の割溝、４０は図５で示したような各種形状をもつ先端部である。
【００５１】
ここで、本実施形態に係る渦流量計センサの渦流量計への適用例を詳述する。
本発明に係る渦流量計は、被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられ、内部に圧力室を有し、さらに被測定流体に接すべき外部に連通し該圧力室に流体圧を導入する導圧孔を有する渦発生体を備え、さらに圧力室内に本発明に係る渦流量計センサを備え、２つの圧力検出素子の出力信号から被測定流体の体積流量を算出する算出器を備えるようにすればよい。すなわち、本発明に係る渦流量計センサを差圧導入部に備えるようにするとよく、この場合、渦流量計センサは、渦流量計用の密度・流量センサともいえる。なお、図１等の他、図１４（Ｂ）のような状態で本発明に係る渦流量計センサを設置してもよい。
【００５２】
また、この算出器は、被測定流体の体積流量と、共振周波数から算出した被測定流体の密度とに基づいて、被測定流体の質量流量を算出するようにしてもよく、この場合、渦流量計が質量流量計として利用可能となる。従来技術に基づき現在使用している圧電センサは、カルマン渦による交番差圧（渦変動差圧ともいえる）の数を検出することで、体積流量を計測しているが密度計測は行っていないので、本発明のごとく、密度検出と流量検出を同時に行うよう、渦流量計センサ本体内に圧電素子による振動駆動部と流量信号検出部を設けたことで、流量検出と同時に密度検出が可能となるので、質量流量計測が可能となる。
【００５３】
図７は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、二重振動管型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図７（Ａ）は渦流量計センサ本体の模式図として二重振動管を簡単に図示しており、図７（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面における非受圧時及び受圧時の内外振動管の位置を説明するための図である。なお、図７は図２の模式に対応した模式図である。
【００５４】
本発明に係る渦流量計センサとしては、二重振動管タイプの振動部材を用いることもでき、ここではこの実施形態を説明する。すなわち、上述の２つの振動部材が、固定端を同じくした二重振動管型の部材であるようにしてもよい。図７で示す渦流量計センサ５０は、外筒５２内に内筒５３が本体５１を固定端として設けられている。図７（Ｂ）の左右で共振駆動手段及び外部圧力による振幅の最大値を示すように、非受圧時は実線で表すような外筒５２，内筒５３の位置となるが、受圧時には内筒５３は同様の位置となるが外筒５２は点線で表すような位置に時振幅が変化（シフト）する。内筒５３は内部の管であり圧力の影響を受けないので振幅が一定でシフトもしない。したがって、内外の振動管５２，５３の間隔は、圧力の影響を受けると、圧力を受けた側が狭くなる。
【００５５】
図８は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図７のごとき二重振動管型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。図８（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図８（Ｃ）は図８（Ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。また、図８（Ｄ）は渦流量計センサの振動状態を説明するための図で、図８（Ａ）の下側部分を模式的に示した図である。
【００５６】
図８を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ５０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、受圧部分の生じ得る外側振動管（外筒ともいう）５２と、外側振動管５２の内部に同心で格納され受圧部分を生じ得ない内側振動管（内筒ともいう）５３とが、本体５１に固定端を同じくして接続されており、バイモルフ５６等の圧電振動駆動素子によりお互いが振動するように構成されている。バイモルフ５６は外側振動管５２の径方向に内壁に接するように、且つ、内側振動管５３の上部５７の中心に接するように設けられている。また、二重振動管型の部材として、内側振動管５３の先端（図８の下端）を外側振動管５２の内壁に接続して、振動周波数を引き上げるようにしてもよい。なお、図８（Ａ）では内側振動管５３の下端部分に空洞を設けているが、これは外側振動管５２との固有振動数の一致を目的としてなされた工夫の１つである。
【００５７】
また、渦流量計センサ５０は、圧電素子５５ａ，５５ｂ等の圧力検出素子を備える。圧電素子５５ａ，５５ｂは、夫々圧電素子固定板５４ａ，５４ｂに固定されており、圧電素子固定板５４ａ，５４ｂは、各々振動部材の１つである外側振動管５２の径側一端と内側振動管５３の径側一端とを掛け渡し、圧電素子５５ａ，５５ｂが外側振動管５２と内側振動管５３との歪を検出することを可能としている。圧電素子５５ａ，５５ｂ及びバイモルフ５６の配線は、配線孔５８から外部へ取り出している。
【００５８】
内外の振動管５２，５３の間隔は、図８（Ｄ）に示すように、圧力の影響を受けると圧力を受けた側が狭くなる。被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００５９】
図９は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図９（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図９（Ｃ）は渦流量計センサの振動状態を説明するための図で、図９（Ａ）を模式的に示した図である。なお、図９で説明する渦流量計センサは、基本的に図１の渦流量計センサの原理を用い（音叉型ではないが）、２つの振動部材の一方を被測定流体に接しさせ、他方を接しさせないようにしたセンサである。
【００６０】
図９を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ６０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、受圧部分の生じ得る下側振動管６２ａと、下側振動管６２ａの固定部（渦流量計センサの本体ともいえる）６１を境として直列された、受圧部分を生じ得ない上側振動管６２ｂとが、お互い共通の固定部６１で接続されて構成されている。なお、２つの振動管を上下として説明するが、その使用形態によっては上下が逆転することや、左右など他の方向に設置されることがあることは言及するまでもなく、そのうち一方が被測定流体との接触用として、他方が該被測定流体との被接触用として用いるものであればよい。また、本実施形態では、２つの振動部材をお互いに相反する方向に振動するものは採用し得ないことに注意する必要がある。さらに、詳述はしないが、他の構成例として、上側振動管及び下側振動管の代わりに上側の振動板及び下側の振動板を用いてもよい。
【００６１】
また、下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂの内部には、共通の振動伝達軸６３がその両端を下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂの内壁に接する状態で備えられている。さらに、振動伝達軸６３の中心部に設けられた共振駆動手段の一例としての磁石６６ａ及び励振コイル６６ｂ等の振動駆動素子により、振動伝達軸６３を駆動させることで、固定部６１を中心として下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂがそれらの両端を最大振れ幅として振動（図９では左右に振動）するように構成されている。励振コイル６６ｂは固定部６１の内壁に接するように、且つ、磁石６６ａが振動伝達軸６３の長手方向の中央部分に接するように設けられている。なお、図９（Ａ）では振動伝達軸６３を棒状のものとして示したが、内部が空洞の筒状のものを採用してもよい。なお、被測定流体に接触させる側（下側で例示）の振動管６２ａと、被測定流体に接触させない側（上側で例示）の振動管６２ｂとは、被測定流体に対する被接触面積を異ならせたものとして見ることができるので、図１乃至図６で説明した２つの振動部材をもつタイプの振動管に類似しているともいえる。
【００６２】
また、渦流量計センサ６０は、圧電素子６５ａ，６５ｂ等の圧力検出素子を備える。圧電素子６５ａ，６５ｂは、夫々圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂに固定されており、圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂは、夫々下側振動管６２ａ，上側振動管６２ｂの内壁に固定されている。ここでは圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂとして、固定部６１の内壁における夫々下側振動管６２ａ側，上側振動管６２ｂ側に接続されたＬ形圧電素子固定片を例示している。また、圧電素子６５ａ，６５ｂは、夫々圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂと反対側に接続された圧電素子固定片６４ａ，６４ｂを介して、振動伝達片６７に接続されている。振動伝達片６７は、振動伝達軸６３の一部分の周囲に接して設けられており、結果として、圧電素子６５ａ，６５ｂが、夫々下側振動管６２ａ，上側振動管６２ｂの振動伝達軸６３に対する歪を検出することを可能としている。
【００６３】
上下の振動管６２ａ，６２ｂは、被測定流体に対する被接触面積を異ならせているので下側だけが被測定流体による圧力を受けることとなり、図９（Ｃ）に示すように、圧力の影響を受けると圧力を受けた側の振動管（下側振動管６２ａ）の振れ（角度θ１）の方が、圧力を受けていない側の振動管（上側振動管６２ｂ）の振れ（角度θ２）よりも大きくなる。すなわち、被測定流体による圧力を受けることで、上下の振動管で軸の傾斜が異なることとなる。この差に基づいて交番差圧の検出を行うこととなる。なお、被測定流体による圧力を受けていないときには、上下の振動管で軸の傾斜が同じになる。また、被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００６４】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図９のごとき部材を用いた渦流量計センサの他の構成例を示す図である。図１０（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。なお、図１０で説明する渦流量計センサは、基本的に図９の渦流量計センサの原理を用い、２つの振動部材の一方を被測定流体に接しさせ、他方を接しさせないようにしたセンサであるが、その圧力検出素子の設置方法が図９のそれとは異なる。
【００６５】
図１０中、７０は渦流量計センサ、７１は固定部（センサ本体）、７２ａは下側振動管、７２ｂは上側振動管、７３は振動伝達軸、７４ａ，７４ｂは圧電素子固定板、７５ａ，７５ｂは圧電素子、７６ａは磁石、７６ｂは励振コイル、７７は振動伝達片、を夫々示しており、これらの構成要素は図９の構成例の対応する構成要素と同様の機能を備えるものとする。但し、図１０を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ７０は、図９のＬ形圧電素子固定片６４Ｌａ，６４Ｌｂ及び圧電素子固定板６４ａ，６４ｂの代わりに、圧電素子固定板７４ａ，７４ｂを用いて圧電素子の固定を行っている。また、下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの両端には、夫々その振動方向の幅を細めた先端部７８ａ，７８ｂが設けられている。さらに、その他、上側振動管７２ｂの先端部７８ｂには、振動管保護具（円筒形の場合には振動体保護円筒カバーともいえる）７９が取り外し不能に或いは取り外し可能に備えられている。振動管保護具７９を取り外し可能に設けた場合には振動管７２ａ，７２ｂのいずれ側をも被測定流体に接する側とすることが可能である。
【００６６】
振動伝達軸７３の中心部に設けられた共振駆動手段の一例としての磁石７６ａ及び励振コイル７６ｂ等の振動駆動素子により、振動伝達軸７３を駆動させることで、固定部７１を中心として下側振動管７２ａ及び上側振動管７２ｂがそれらの両端（先端部７８ａ，７８ｂの固定部７１側の部分）を最大振れ幅として振動（図１０では左右に振動）するように構成されている。また、圧電素子７５ａ，７５ｂは、夫々圧電素子固定板７４ａ，７４ｂに固定されており、圧電素子固定板７４ａ，７４ｂは、夫々下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの内壁に固定されている。ここでは圧電素子固定板７４ａ，７４ｂとして、固定部７１の内壁における夫々下側振動管７２ａ側，上側振動管７２ｂ側に接続され、且つ、振動伝達片７７に接続された圧電素子固定片を例示している。振動伝達片７７は、振動伝達軸７３に接続されており、結果として、圧電素子７５ａ，７５ｂが、夫々下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの振動伝達軸７３に対する歪を検出することを可能としている。また、被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図９で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００６７】
図１１は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、捻り振動型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図１１（Ａ）は渦流量計センサ本体の模式図として捻り振動型の振動体を簡単に図示しており、図１１（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面における非受圧時及び受圧時の振動体の位置を説明するための図、図１１（Ｃ）は図１１（Ｂ）において振動体のみ抽出して示した図である。なお、図１１は図２の模式に対応した模式図である。
【００６８】
本発明に係る渦流量計センサとしては、捻り振動タイプの振動部材を用いることもでき、ここではこの実施形態を説明する。すなわち、上述の２つの振動部材が、共通の振動軸をもつ捻り振動型の部材であるようにしてもよい。図１１で示す渦流量計センサ８０においては、振動軸８３を中心に振動管８２が捻り振動し、振動管８２の先端部分として設けられた振動体８８も振動軸８３の延長上の軸８３′を（少なくとも固定端側では）中心とし、捻り振動を行う。但し、上述の共通の振動軸とは先端部分として設けられた振動体８８の中心軸８３′を指し、振動体８８は、厳密には先端部にてその中心軸８３′を中心に捻り振動を行うとはいえないことに留意すべきである。
【００６９】
振動体８８はこの形状から１つの振動体ともいえるが、本明細書中では、その左右両側が夫々１つの振動部材に対応するものとして、中心軸８３′を境に左側振動体８８ａ（図１１（Ｂ），（Ｃ）中では上部），右側振動体８８ｂ（同じく下部）として説明している。先端部８８は、その中心軸８３′を境に左側振動体（先端部受圧側とする）８８ａと右側振動体（先端部非受圧側とする）８８ｂとに分けて考えることが可能で、それ故、左側，右側の夫々を個々の振動部材として考えている。なお、本明細書中、受圧側と非受圧側とに振動部材を分けて説明しているが、非受圧側でも多少の受圧は存在することが普通であり、また、受圧側及び非受圧側共に被測定流体が流動していない時などは圧力を受けないものとする。
【００７０】
但し、振動体８８が左右対象なものであった場合などには、振動体８８の両側（左側振動体８８ａ，右側振動体８８ｂ）へは被測定流体による圧力が同等にかかってしまうので、何らかの形で振動体８８の左右両側に対する被測定流体からの圧力を異ならしめる必要がある。すなわち、何らかの手段で受圧部分の被接触面積を異ならせる必要がある。なお、この点でここでの面積とは、振動部材の物理的な面積に限らず、振動部材の周囲の構造上、振動部材が受圧し得る面積といえる。そのため、例えば、捻り振動型の部材は、部材の先端を捻り振動可能に覆って被測定流体を仕切る流体仕切り部（カラー９１）を有し、流体仕切り部（カラー９１）は、部材の振動軸８３′の位置で部材を２つに仕切り且つ被測定流体を導入する流体導入部（Ｖ字遮蔽部９２及び窓部９３ａ，９３ｂ）を有するようにしてもよい。図１１（Ｂ）に例示するカラー９１では、窓９３ａ，９３ｂを設け、被測定流体の流入、すなわち被測定流体による応圧を可能としている。
【００７１】
振動体８８は、図１１（Ｂ），（Ｃ）において矢付きの円弧（実線，破線）で示す方向に共振振動するが、先端部受圧側８８ａでは、外部圧力により実際には図１１（Ｃ）の矢付きの円弧（実線）で示す方向に共振振動がシフト（角度θ３で表記）する。しかしながら、先端部非受圧側８８ｂでは、圧力の影響を受けにくく、実際にはシフト（シフト角０として図示）することはあるものの、シフトの量に差が生じる。換言すると、圧力に抵抗する側に捻り振動する時は振動の振幅が小さく、逆の時は大きい。角度θ３（実際はここから先端部非受圧側８８ｂのシフト角を差し引いた値）で表記されるこの差を、圧力検出素子により検出するとよい。
【００７２】
図１２は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１１のごとき捻り振動型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。図１２（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１２（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。また、図１２（Ｃ）は渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図１２（Ｂ）に対応する断面図である。また、図１３は、図１２の渦流量計センサの先端部の断面を示しながらセンサ設置方法を説明するための図である。
【００７３】
図１２及び図１３を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ８０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、先端部８８を有する。先端部８８では、受圧部分の生じ得る受圧側先端部８８ａと、受圧側先端部８８ａの振動軸８３′と同じ軸で振動し受圧部分を生じ得ない非受圧側先端部８８ｂとが、本体８１に固定端を同じくして接続されている（図１３）。先端部８８は、圧電セラミック８６ａ，８６ｂ（図１２（Ｂ））や磁石８６ａ′，８６ｂ′及びコイル８７ａ′，８７ｂ′（図１２（Ｃ））等の振動駆動素子によりお互いが振動軸（中心軸ともいえる）８３′を中心として捻り振動するように構成されている。図１２（Ｂ）を参照すると、圧電セラミック８６ａ，８６ｂは、夫々Ｌ字型の振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄを介して渦流量計センサ本体８１の受圧側，非受圧側に接続されており、同時に、振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄを介して捻り振動伝達片８９（受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂ）に接続されている。また、振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄは、渦流量計センサ８０の本体８１の内壁に接するように設けられ、受圧側凸部８９ａ及び非受圧側凸部８９ｂを持つ振動伝達片８９の中心には振動伝達軸８３が設けられている。振動伝達軸８３は、振動管８２の内壁の底部であって先端部８３の付根部分まで延伸しており、中心軸８３′を中心として先端部８８を捻り振動させることを可能としている。
【００７４】
また、渦流量計センサ８０は、圧電素子８５ａ，８５ｂ等の圧力検出素子を、夫々受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに備える（図１２（Ｂ））。圧電素子８５ａ，８５ｂは、夫々圧電素子固定板８４ａ，８４ｂに固定されており、圧電素子固定板８４ａ，８４ｂは、夫々Ｌ字型の振動伝達板８１ａ，８１ｂを介して受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに接続されている。圧電素子８５ａ，８５ｂは、夫々、振動部材の一部である渦流量計センサ本体８１の受圧側の振動伝達板８１ａ，非受圧側の振動伝達板８１ｂを介して、夫々振動伝達片８９の受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂでの歪を検出することを可能としている。なお、図１２（Ｃ）における各部８９，８９ａ′，８９ｂ′は、夫々図１２（Ｂ）の捻り振動伝達片８９，受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに対応している。
【００７５】
振動体（渦流量計センサ先端部）８８は、図１３及び図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように窓９３ａ，９３ｂ及びＶ字遮蔽部９２付きのカラー９１を渦発生体２の導圧部５などに設置することで、一方（図１３で上側）から圧力の影響を受けると、受圧側先端部８８ａの振動の振幅が図面右側にずれ、非受圧側先端部８８ｂの振動の振幅はこのときそのずれより小さいずれで図面左側にずれることとなる。被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６等で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力検出素子とは別に密度計を設けたりすることなく、被測定流体の密度と渦発生体に伴う交番差圧とを検出することが可能となる。
【００７７】
また、本発明によれば、この渦流量計センサを用いて被測定流体の体積流量又は質量流量を計測する渦流量計を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図２】図１の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図３】図１の渦流量計センサにおける圧電素子の配線を説明するための模式図である。
【図４】図１の渦流量計センサから出力される検出信号を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、二重振動管型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図７のごとき二重振動管型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図９のごとき部材を用いた渦流量計センサの他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、捻り振動型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１１のごとき捻り振動型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図１３】図１２の渦流量計センサの先端部の断面を示しながらセンサ設置方法を説明するための図である。
【図１４】従来の渦流量計センサの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
２…渦発生体、５…導圧孔、６…流路、７…迂回路（凹部）、１０…渦流量計センサ、１１…蓋部、１２ａ，１２ｂ…振動伝達軸（振動板駆動軸）、１３…本体、１３ａ，１３ｂ…軸挿入穴、１４ａ，１４ｂ…圧電素子固定板（圧電素子固定枠）１５ａ，１５ｂ…圧電素子、１６ａ，１６ｂ…バイモルフ固定片、１７ａ，１７ｂ…バイモルフ型圧電アクチュエータ（バイモルフ）１８ａ，１８ｂ，１８ａ′，１８ｂ′…振動板。
Claims (15)
- 渦流量計において被測定流体の密度と渦発生体に伴う交番差圧を検出するための渦流量計センサであって、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の面積を異ならせた２つの振動部材と、各振動部材を共振させるよう駆動する共振駆動手段と、各振動部材が受ける力を夫々検出する２つの検出素子と、を備え、前記共振駆動手段により各振動部材を被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、該共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、前記２つの検出素子の双方又は一方の出力信号により、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴とする渦流量計センサ。
- 前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を振動させる振動駆動素子と、振動駆動素子が共振するまで振動させるよう、対応する検出素子或いは一方の検出素子で検出された信号を、対応する振動駆動素子にフィードバックさせるフィードバック回路と、を有することを特徴とする請求項１記載の渦流量計センサ。
- 受圧部分の面積が小さい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号を基準として、受圧部分の面積が大きい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号から、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の渦流量計センサ。
- 前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を、お互い相反する方向に振動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の渦流量計センサ。
- 前記２つの振動部材は、音叉型を形作る２枚の振動板を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の渦流量計センサ。
- 前記音叉型の２枚の振動板は、その両方の振動板の先端部分をお互いに接続したものであることを特徴とする請求項５記載の渦流量計センサ。
- 前記音叉型の２枚の振動板は、受圧部分の面積を同じくして、且つ、該２枚の振動板の前面の幅をもつ流路に設けるためのものとし、該流路の壁面は、一方の振動板の側面付近に、後段にある他方の振動板に被測定流体を流通させるための迂回路をもつことを特徴とする請求項５又は６記載の渦流量計センサ。
- 前記２つの振動部材は、固定端を同じくした二重振動管型の部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の渦流量計センサ。
- 前記二重振動管型の部材は、内側振動管の先端を外側振動管の内壁に接続したものであることを特徴とする請求項８記載の渦流量計センサ。
- 前記２つの振動部材は、共通の固定部を境として直列された２つの部材とし、そのうち一方が被測定流体との接触用として、他方が該被測定流体との被接触用として用いるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の渦流量計センサ。
- 前記直列された２つの部材は、前記固定部に前記共振駆動手段を有することを特徴とする請求項１０記載の渦流量計センサ。
- 前記２つの振動部材は、共通の振動軸をもつ捻り振動型の部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の渦流量計センサ。
- 前記捻り振動型の部材は、前記部材の先端を捻り振動可能に覆って被測定流体を仕切る流体仕切り部を有し、該流体仕切り部は、前記部材の振動軸の位置で前記部材を２つに仕切り且つ被測定流体を導入する流体導入部を有することを特徴とする請求項１２記載の渦流量計センサ。
- 被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられ、内部に圧力室を有し、さらに被測定流体に接すべき外部に連通し該圧力室に流体圧を導入する導圧孔を有する渦発生体を備えた渦流量計であって、前記圧力室内に請求項１乃至１３のいずれか１記載の渦流量計センサを有し、当該渦流量計は、前記２つの検出素子の出力信号から被測定流体の体積流量を算出する算出器を備えることを特徴とする渦流量計。
- 前記算出器は、被測定流体の体積流量と、前記共振周波数から算出した被測定流体の密度とに基づいて、被測定流体の質量流量を算出することを特徴とする請求項１４記載の渦流量計。
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