JP2005098721A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定管路の径を拡大してもベーン状検出部の高さを従来と同程度に保持でき、かつ渦検出の感度を確保する。しかも、耐高温圧特性が向上された渦流量計を実現する。
【解決手段】 流体が流れ金属よりなる測定管路と、前記流体内に渦を発生させる柱状の渦発生体と、前記渦発生体の下流側に配置された渦検出器とよりなる渦流量計において、
金属よりなる渦発生体の下流側上部に、前記渦発生体の高さＤに対して所定の高さを有するＬ状切り欠き部を形成し、この切り欠き部に所定のギャップを介して高さｈを有し合成樹脂よりなる渦検出器を配置したことを特徴とする渦流量計である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測定管路と渦発生体とが金属体よりなり、渦検出器が合成樹脂材よりなる小型渦流量計に関するものである。

渦流量計に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平１１−１４４１２号公報 図２は従来の合成樹脂形渦流量計の全体構成図であり、（Ａ）は上断面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は下流側より見た（矢印Ｐ）正面図である。 １は合成樹脂材で成型されボディ筐体、１ａは、上流側より被測定流体Ｆが導入される測定管路である。

２は断面が略台形の柱状の渦発生体であり、測定管路１ａの中央部において測定管路と直交するように配置されている。
この渦発生体２は、ボディ筐体１と一体に合成樹脂材で成型されており、測定管路１ａに直交する上流側の幅は規格により測定管路の径の０.２８倍とされている。

前記合成樹脂材としては被測定流体Ｆが一般工業用水の場合には、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、純水や薬液の場合にはＰＦＡ樹脂（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）等が用いられる。

３は合成樹脂材で形成された渦検出器である。渦検出器３のブロックは、渦発生体２の下流側においてボディ筐体１の上部管壁を貫通して形成された穴部１ｂより測定管路１ａ内に直交して挿入固定される。

渦検出器３の先端部で測定管路１ａ内に挿入露出される検出部は、渦による流体の圧力変動で撓みや易くするために、厚さが１ｍｍ乃至２ｍｍのベーン状に形成されている。
４は圧電バイモルフ型センサであり、ベーン状検出部３ａ内に埋め込み固定され、渦による流体の圧力変動を高感度で検出する。

図２（Ｃ）により明らかなように、測定管路１ａは渦発生体２及び渦検出器３近傍の流速を早めるために横長のオーバル形状をしている。
Ｄ１は縦方向の管路径、Ｄ２は横方向の管路径、ｈは測定管路１ａ内に露出されたベーン状検出部３ａの高さ、ｔはベーン状検出部３ａの厚さである。

現在実用化されている製品としては、小型のもの（ケース１）では、Ｄ１＝２．５ｍｍ、Ｄ２＝５ｍｍ、ｈ＝１．７５ｍｍ、ｔ＝１ｍｍの形状で、測定流量スパンが０.５Ｌ〜４Ｌ／ｍｉｎのものがある。

これより大型のもの（ケース２）では、Ｄ１＝１２ｍｍ、Ｄ２＝２４ｍｍ、ｈ＝０.７５Ｄ１＝９ｍｍ、ｔ＝２ｍｍの形状で、測定流量スパンが１０Ｌ〜１５０Ｌ／ｍｉｎのものがある。

これよりも大流量を流すためには当然測定管路を大きくしなければならない。例えば測定流量スパンが２５Ｌ〜３５０Ｌ／ｍｉｎで設計しようとした場合（ケース３）には、Ｄ１＝３０ｍｍ、Ｄ２＝３０ｍｍ、ｈ＝０.７５Ｄ１＝２２．５ｍｍ、ｔ＝２.０ｍｍの形状となる。

ここで問題となるのは、ベーン状検出部３ａの高さｈである。この高さｈは、渦検出の感度を確保するために管路の径に対して一定比率を要求され、前記ケース３では２２．５ｍｍであり、ケース２の９ｍｍよりも長くする必要がある。

しかしながら、長くすることにより渦発生周期と渦検出器３を形成する樹脂材料での共振周波数が近くなり、渦検出器の破損が発生するために耐振性に関して信頼性を保持することが困難となる。

次に、被測定流体Ｆが高温（たとえば１５０℃）と高い場合、合成樹脂製のボディ筐体１の場合，材料強度の温度依存性により，樹脂の強度が低下するため、渦流量計として、内圧に対する耐圧強度が不足する。
また、合成樹脂製のボディ筐体１の変形により、正確な渦が発生しなくなる
また、強度を上げるために、ボディ筐体１と渦検出器３のベーン状検出部３ａとを金属製にした場合、ベーン状検出部３ａの強度が強すぎて検出感度が下がってしまう。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、測定管路の径を拡大しても測定管路内に露出する渦検出器のベーン状検出部の高さを従来と同程度に保持でき、かつ渦検出の感度を確保できる渦流量計を実現する。

しかも、高温の被測定流体に対しても、変形の無いボディ筐体１が得られ、きれいな渦波形を検出可能とし、且つ、合成樹脂製の渦検出体を使用することにより、弾性を確保して検出感度が向上出来る渦流量計を提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の渦流量計においては、
カルマン渦により流量を測定する渦流量計において、
測定流体が流れ金属よりなる測定管路と、前記測定流体内に渦を発生させる金属よりなる柱状の渦発生体と、前記渦発生体の下流側上部に前記渦発生体の高さＤに対して所定の高さを有するＬ状切欠部を形成しこの切り欠き部に所定のギャップを介して高さｈを有し合成樹脂よりなる渦検出器とを具備したことを特徴とする。

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、
前記高さｈは、前記高さＤに対して略ｈ＝０.２Ｄ〜０.４Ｄの範囲であることを特徴とする。

本発明の請求項３においては、請求項１乃至請求項２の何れかに記載の渦流量計において、
前記渦発生体の下流側の幅と前記渦検出器の厚さがほぼ同一であることを特徴とする。

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、
前記渦検出器に、圧電バイモルフ型センサを埋め込んだことを特徴とする。

本発明の請求項５においては、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の渦流量計において、
前記渦発生体の上流側両端部をエッジ加工したことを特徴とする。

本発明の請求項６においては、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の渦流量計において、
前記測定管路の内径が略２５ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果がある。
高温の被測定流体に対しても、変形の無いボディ筐体が得られ、きれいな渦波形を検出可能とし、合成樹脂製の渦検出体を使用することにより、弾性を確保して検出感度が向上出来る渦流量計が得られる。

ベーン状検出部は、渦の剥離直後の部分、即ち、渦発生点のすぐ下流の圧力変動が最も大きい部分で検出できることからきれいな渦波形を検出可能であり、渦信号の検出感度を稼ぐことができる。
この結果、渦検出器のベーン状検出部の長さを短くできるので、高感度で耐振性の優れた大流量測定用の渦流量計を実現できる。
このことから、すでに実績のある渦検出器をそのまま流用することができ、コストダウンが可能となる。
即ち、１つの渦検出器で内径の異なる渦流量計に容易に対応できる渦流量計が得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図で、（Ａ）はベーン状検出部３ａを含む面で切った上断面図、（Ｂ）は同じくベーン状検出部３ａを含む面で切った側断面図である。 図において、図２と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図２と相違部分のみ説明する。

図において、渦発生体１２の構造は基本的には従来と同一構造であり、ボディ筐体１１と一体成型されている、但し、金属材よりなる。
本発明は、測定管路１１ａと渦発生体１２とが金属体よりなり、渦発生体１２の下流側上部に、この渦発生体１２の高さＤ（測定管路１１ａの径と同一）に対して所定の高さを有するＬ状切り欠き部１２ａを形成し、この切り欠き部１２ａに所定のギャップ（略０.５ｍｍ）Ｘを介して高さｈを有する合成樹脂よりなる渦検出器のベーン状検出部３ａを配置した点にある。

渦発生体１２の上流側の幅Ｌ１は、前記のように規格で０.２８Ｄ（この場合のＤは測定管路１１ａを円としたときの直径である）とされる。
切り欠き部１２ａが形成される下流側の幅Ｌ２は、ベーン状検出部３ａの幅ｔとほぼ同一に設計されている。

ボディ筐体１１に貫通して形成される穴部１１ｂは、切り欠き部１２ａの上部に形成され、この穴部１１ｂより渦検出器３のブロックが挿入され、Ｏ−リング材を介してボディ筐体１１にねじ止め固定されている。
この固定状態で、ベーン状検出部３ａは、所定のギャップＸを介して切り欠き部１２ａ内に配置される。

この結果、
高温の被測定流体に対しても、変形の無いボディ筐体が得られ、きれいな渦波形を検出可能とし、合成樹脂製の渦検出体を使用することにより、弾性を確保して検出感度が向上出来る渦流量計が得られる。

渦の発生点のすぐ下流の圧力変動が最も大きい部分で検出できることから、ベーン状検出部３ａの高さｈは従来構造のように０.７５Ｄは必要ではなく、渦発生体２の高さＤに対して略ｈ＝０.２Ｄ〜０.４Ｄの比率範囲で渦を高感度に検出可能である。
従って前記ケース３の場合でも、ベーン状検出部３ａの高さｈを前記ケース２の場合と同一とすることができ、耐振性と検出感度の品質を両立することが可能となる。
即ち、１つの渦検出器で内径の異なる渦流量計に容易に対応できる渦流量計が得られる。

本発明を適用できる測定管路１1ａの管形状は、オーバル形の他、円形、四角形でも効果は同一である。
また渦発生体２の上流側のエッジ部にＲを付けたり、面取り、テーパ加工することも可能である。

実施例の図面は、ベーン状検出部３ａの下流側端部と渦発生体１２の下流側端部とが同一面となっているが、ベーン状検出部３ａの下流側端部はＬ形切り欠き部の内側又は外側にシフトしていても効果は同一である。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。 従来の合成樹脂形渦流量計の全体構成図である。

符号の説明

３ 渦検出器
３ａ ベーン状検出部
１１ ボディ筐体
１１ａ 測定管路
１１ｂ 穴部
１２ 渦発生体
１２ａ Ｌ状切欠部
Ｆ 測定流体

Claims (6)

1. カルマン渦により流量を測定する渦流量計において、
   測定流体が流れ金属よりなる測定管路と、
   前記測定流体内に渦を発生させる金属よりなる柱状の渦発生体と、
   前記渦発生体の下流側上部に前記渦発生体の高さＤに対して所定の高さを有するＬ状切欠部を形成しこの切り欠き部に所定のギャップを介して高さｈを有し合成樹脂よりなる渦検出器と
   を具備したことを特徴とする渦流量計。
2. 前記高さｈは、前記高さＤに対して略ｈ＝０.２Ｄ〜０.４Ｄの範囲であること
   を特徴とする請求項１記載の渦流量計。
3. 前記渦発生体の下流側の幅と前記渦検出器の厚さがほぼ同一であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の渦流量計。
4. 前記渦検出器に、圧電バイモルフ型センサを埋め込んだこと
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流量計。
5. 前記渦発生体の上流側両端部をエッジ加工したこと
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の渦流量計。
6. 前記測定管路の内径が略２５ｍｍであること
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の渦流量計。
   
   
   
   

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