JP2706001B2 - バッフル体を有する渦流量計 - Google Patents
バッフル体を有する渦流量計Info
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- JP2706001B2 JP2706001B2 JP7517748A JP51774895A JP2706001B2 JP 2706001 B2 JP2706001 B2 JP 2706001B2 JP 7517748 A JP7517748 A JP 7517748A JP 51774895 A JP51774895 A JP 51774895A JP 2706001 B2 JP2706001 B2 JP 2706001B2
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- baffle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
- F15D1/00—Influencing flow of fluids
- F15D1/0005—Baffle plates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/3209—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices
- G01F1/3218—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices bluff body design
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Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、カルマン渦列の原理に従って、壁によって
制限された液体流、ガス流又は蒸気流の体積流量を測定
することのできる、バッフル体を有する渦流量計に関す
るものであり、前記媒体流を本明細書では以下、流体と
呼ぶ。
制限された液体流、ガス流又は蒸気流の体積流量を測定
することのできる、バッフル体を有する渦流量計に関す
るものであり、前記媒体流を本明細書では以下、流体と
呼ぶ。
［背景技術］ 流体の流れの中央にバッフル体を配置すると、流れ内
の該バッフル体の両側縁に沿って交互に渦が離脱（剥
離）する。渦の離脱度数、所謂「渦発生振動数」は流速
に比例しており、従って（流れが壁で制限されている場
合には）体積流量に比例している。
の該バッフル体の両側縁に沿って交互に渦が離脱（剥
離）する。渦の離脱度数、所謂「渦発生振動数」は流速
に比例しており、従って（流れが壁で制限されている場
合には）体積流量に比例している。
測定精度は実質的にバッフル体に関連しており、特に
バッフル体の形状、バッフル体の寸法及びバッフル体の
設置部位に関連している。更には又、渦発生振動数と体
積流量との比が一定であって一般に渦流量計の測定範囲
を形成することになるようなレイノズル数Reの範囲、並
びに、測定精度に影響を及ぼす渦発生振動数のばらつき
も該測定精度に関連している。
バッフル体の形状、バッフル体の寸法及びバッフル体の
設置部位に関連している。更には又、渦発生振動数と体
積流量との比が一定であって一般に渦流量計の測定範囲
を形成することになるようなレイノズル数Reの範囲、並
びに、測定精度に影響を及ぼす渦発生振動数のばらつき
も該測定精度に関連している。
従来公知の渦流量計は、例えば円筒形、長方形、三角
形、台形のような単純な基本形状のバッフル体を使用し
ており、しかも台形状のバッフル体を採用する頻度が高
くなつている。
形、台形のような単純な基本形状のバッフル体を使用し
ており、しかも台形状のバッフル体を採用する頻度が高
くなつている。
しかしながら、バッフル体の前記のような形状を用い
た場合、測定管の直径を関数とすれば、レイノズル数Re
≧20,000について一定のストルーハル数範囲しか得るこ
とができない。またストルーハル数のばらつきσは１％
を上回っている。
た場合、測定管の直径を関数とすれば、レイノズル数Re
≧20,000について一定のストルーハル数範囲しか得るこ
とができない。またストルーハル数のばらつきσは１％
を上回っている。
ストルーハル数Ｓは、バッフル体の幅ｂが与えられて
いる場合、周知のように渦発生振動数ｆと流速ｖとの次
の関係式に等しい:S＝fb/v バッフル体が前記の形状を有している場合、最適の測
定限度範囲内において得られるレイノズル数Reの下限値
Remin、従って測定範囲の下限値、並びに渦発生振動数
ｆのばらつきσは次表の通りである： バッフル体形状 Remin σ／％ 円形 40,000 4.0 長方形 25,000 3.0 三角形（上流側鈍角） 21,000 1.5 三角形（上流側鋭角） 28,000 2.0 台形 25,000 1.0 細い台形 20,000 2.0 丸く面取りされた台形 25,000 3.0 Ｔ形体 30,000 2,0 台形／台形 20,000 2.5 またドイツ連邦共和国特許出願公開第3916056号明細
書では、バッフル体の横断面が詳細な説明なしに単に図
示されており（図４参照）、この場合バッフル体は、 流動方向の長さl1と上流側の基底幅b1と下流側の基底幅
b2とを有する上流側の扁平な台形部分と、該台形部分に
ギャップなしに接続していて流動方向の長さl2と基底幅
b3とを有する三角形断面形状の後流側部分とから成る、
複合体として構成されており、 この場合次の寸法算定方程式が成立する： b2/b1＝0.66 （２′） l1/b1＝0.20 （３′） l2/b1＝0.52 （４′） b3/b1＝0.19 （５′） 0.19＝b3/b1≦b2/b1＝0.66 （５″） 0.33＝b2/2b1≧b3/b1＝0.19 （５） 更にまた、前記の基本形から成る別の複合体も慣用さ
れているが、しかしながら該複合体は、乱流内において
ストルーハル数の定数範囲の実質的な拡張もしくは渦発
生振動ばらつきの減少を生ぜしめることはない。
いる場合、周知のように渦発生振動数ｆと流速ｖとの次
の関係式に等しい:S＝fb/v バッフル体が前記の形状を有している場合、最適の測
定限度範囲内において得られるレイノズル数Reの下限値
Remin、従って測定範囲の下限値、並びに渦発生振動数
ｆのばらつきσは次表の通りである： バッフル体形状 Remin σ／％ 円形 40,000 4.0 長方形 25,000 3.0 三角形（上流側鈍角） 21,000 1.5 三角形（上流側鋭角） 28,000 2.0 台形 25,000 1.0 細い台形 20,000 2.0 丸く面取りされた台形 25,000 3.0 Ｔ形体 30,000 2,0 台形／台形 20,000 2.5 またドイツ連邦共和国特許出願公開第3916056号明細
書では、バッフル体の横断面が詳細な説明なしに単に図
示されており（図４参照）、この場合バッフル体は、 流動方向の長さl1と上流側の基底幅b1と下流側の基底幅
b2とを有する上流側の扁平な台形部分と、該台形部分に
ギャップなしに接続していて流動方向の長さl2と基底幅
b3とを有する三角形断面形状の後流側部分とから成る、
複合体として構成されており、 この場合次の寸法算定方程式が成立する： b2/b1＝0.66 （２′） l1/b1＝0.20 （３′） l2/b1＝0.52 （４′） b3/b1＝0.19 （５′） 0.19＝b3/b1≦b2/b1＝0.66 （５″） 0.33＝b2/2b1≧b3/b1＝0.19 （５） 更にまた、前記の基本形から成る別の複合体も慣用さ
れているが、しかしながら該複合体は、乱流内において
ストルーハル数の定数範囲の実質的な拡張もしくは渦発
生振動ばらつきの減少を生ぜしめることはない。
従って、前記の測定範囲が前記レイノルズ数よりも小
さくなる方向で制限されており、かつ前記のバッフル体
もしくは慣用のバッフル体における渦発生振動数のばら
つきが依然として過度に大きいという問題点が存在して
いる。
さくなる方向で制限されており、かつ前記のバッフル体
もしくは慣用のバッフル体における渦発生振動数のばら
つきが依然として過度に大きいという問題点が存在して
いる。
［発明の開示］ そこで本発明が解決しようとする課題は、渦発生振動
数のばらつきを微小にすると共に、小さなレイノルズ数
の方向に一定のストルーハル数範囲を拡張することがで
き、かつ、体積流量と渦発生振動数との定比率範囲内
で、バッフル体の寸法からストルーハル数を、測定装置
にとって許容できる精度で算出することのできる渦流量
計を提供することである。
数のばらつきを微小にすると共に、小さなレイノルズ数
の方向に一定のストルーハル数範囲を拡張することがで
き、かつ、体積流量と渦発生振動数との定比率範囲内
で、バッフル体の寸法からストルーハル数を、測定装置
にとって許容できる精度で算出することのできる渦流量
計を提供することである。
バッフル体を備えた渦流量計における前記課題を解決
するための本発明の構成手段は、バッフル体が、流動方
向の長さl1と上流側の基底幅b1と下流側の基底幅b2とを
有する上流側の扁平な台形部分と、該台形部分にギャッ
プなしに接続していて流動方向の長さl2と基底幅b3とを
有する三角形断面形状の後流側部分とから成る、複合体
として構成されており、 この場合次の寸法算定方程式： 0.1≦b1/D≦0.35 （１） 0.6≦b2/b1≦0.95 （２） 0.1≦l1/b1≦0.2 （３） 0.75≦l2/b1≦1.5 （４） 0.5・b2/b1≦b3/b1≦b2/b1 （５） が当て嵌まる点にある。
するための本発明の構成手段は、バッフル体が、流動方
向の長さl1と上流側の基底幅b1と下流側の基底幅b2とを
有する上流側の扁平な台形部分と、該台形部分にギャッ
プなしに接続していて流動方向の長さl2と基底幅b3とを
有する三角形断面形状の後流側部分とから成る、複合体
として構成されており、 この場合次の寸法算定方程式： 0.1≦b1/D≦0.35 （１） 0.6≦b2/b1≦0.95 （２） 0.1≦l1/b1≦0.2 （３） 0.75≦l2/b1≦1.5 （４） 0.5・b2/b1≦b3/b1≦b2/b1 （５） が当て嵌まる点にある。
本発明の構成手段によれば、渦発生振動数センサは後
流側部分に一体に組込まれており、この場合渦発生振動
数センサは、流体の流過する後流側部分の側面に、該側
面の表面に対して同一平面になるように組込まれている
のが殊に有利である。
流側部分に一体に組込まれており、この場合渦発生振動
数センサは、流体の流過する後流側部分の側面に、該側
面の表面に対して同一平面になるように組込まれている
のが殊に有利である。
更に本発明の有利な構成手段によれば、圧電式撓み振
動子が渦発生振動数センサとして構成されており、かつ
後流側部分は、渦が該後流側部分の運動を発生させるよ
うに台形部分に固定されている。この構成自体はすでに
東独国特許出願公開第256367号明細書において開示され
ている。
動子が渦発生振動数センサとして構成されており、かつ
後流側部分は、渦が該後流側部分の運動を発生させるよ
うに台形部分に固定されている。この構成自体はすでに
東独国特許出願公開第256367号明細書において開示され
ている。
しかし本発明では、圧電式撓み振動子の振れ側を含む
後流側部分は、撓み振動子が、カルマン渦列の経過中に
おける圧力変動に起因して惹起される最小限の振れにも
応答して相応の圧電電圧を、更に処理すべき測定信号と
して発生させるように、前記台形部分に固定される。
後流側部分は、撓み振動子が、カルマン渦列の経過中に
おける圧力変動に起因して惹起される最小限の振れにも
応答して相応の圧電電圧を、更に処理すべき測定信号と
して発生させるように、前記台形部分に固定される。
従って本発明ではバッフル体は測定管の中央で、しか
も該バッフル体の高さ（＝ｚ軸）が測定管全体にわたる
ように延びているか、或いは前記枠の内部で延びてお
り、かつ、バッフル体は、流動方向でギャップなしに相
前後して位置する中心対称に接合された２つの部分から
成っている。流体の流れがバッフル体に当る側、つまり
上流側には扁平な細い台形部分が使用され、該台形部分
は機械的に固定的にかつ捩じれなく測定管と結合され、
或いは測定管径が大である場合には枠と結合されてい
る。台形部分は、流動方向に先細にテーパを成す横断面
と、流れの固定的な剥離点（放出点）で制限された長さ
l1とによって構成される。
も該バッフル体の高さ（＝ｚ軸）が測定管全体にわたる
ように延びているか、或いは前記枠の内部で延びてお
り、かつ、バッフル体は、流動方向でギャップなしに相
前後して位置する中心対称に接合された２つの部分から
成っている。流体の流れがバッフル体に当る側、つまり
上流側には扁平な細い台形部分が使用され、該台形部分
は機械的に固定的にかつ捩じれなく測定管と結合され、
或いは測定管径が大である場合には枠と結合されてい
る。台形部分は、流動方向に先細にテーパを成す横断面
と、流れの固定的な剥離点（放出点）で制限された長さ
l1とによって構成される。
この台形部分が唯一のバッフル体として使用されるな
らば、該台形部分は、レイノルズ数Re＝20,000より上位
に一定のストルーハル数範囲を有し、かつσ＞２％のば
らつきを有することになる。このばらつきの原因は、そ
の後縁で交互に形成される渦がすでに成長段階で影響を
受けるので不規則な剥離が生じるためである。
らば、該台形部分は、レイノルズ数Re＝20,000より上位
に一定のストルーハル数範囲を有し、かつσ＞２％のば
らつきを有することになる。このばらつきの原因は、そ
の後縁で交互に形成される渦がすでに成長段階で影響を
受けるので不規則な剥離が生じるためである。
それ故に本発明の渦流量計では、台形部分の後縁と結
合された後流側部分が設けられており、該後流側部分の
横断面は流動方向に均等にテーパを成し、要するに１つ
の三角形の形状の横断面を有している。この連続的な均
等な横断面経過は、渦剥離を相互に妨害させないための
決定的なファクタである。それというのは、これによっ
て後流側部分の側縁に沿って渦が形成されるからであ
る。後流側部分の後縁の周辺で渦が規定の大きさに達す
ると、交互剥離を安定化させる同期流が生じる。
合された後流側部分が設けられており、該後流側部分の
横断面は流動方向に均等にテーパを成し、要するに１つ
の三角形の形状の横断面を有している。この連続的な均
等な横断面経過は、渦剥離を相互に妨害させないための
決定的なファクタである。それというのは、これによっ
て後流側部分の側縁に沿って渦が形成されるからであ
る。後流側部分の後縁の周辺で渦が規定の大きさに達す
ると、交互剥離を安定化させる同期流が生じる。
本発明では渦発生振動数は、截頭後縁を有するバッフ
ル体の場合よりも、専ら流速もしくは体積流に著しく関
連している。それというのは前記方程式（１）〜（５）
による本発明の寸法算定に基づいて、渦発生振動数をも
って揺振する同期流が、後縁周辺に生じるからである。
ル体の場合よりも、専ら流速もしくは体積流に著しく関
連している。それというのは前記方程式（１）〜（５）
による本発明の寸法算定に基づいて、渦発生振動数をも
って揺振する同期流が、後縁周辺に生じるからである。
従って、直線的な測定範囲の拡張と測定精度の向上と
いう問題に関連して、体積流量−渦発生振動数の特性が
実質的に著しく改善される。
いう問題に関連して、体積流量−渦発生振動数の特性が
実質的に著しく改善される。
本発明によってバッフル体を設計する場合、ストルー
ハル数を検出する精度を改善する算定モデルを呈示する
ことが可能であり、該算定モデルは、三次元的な流れプ
ロフィルと、これによって決定されるｚ軸方向の渦の幾
何学形状の変化とを考慮して、バッフル体における渦形
成面を算定することを基礎としている。ストルーハル数
Ｓを算定するための方程式は次の通りである： Ｓ＝1.723・（b1/D）1.29・exp［−0. 282・l2（１−0.5・b3/b1）/b1］ （６） これによってストルーハル数は誤差≦2.5％で算出す
ることができる。
ハル数を検出する精度を改善する算定モデルを呈示する
ことが可能であり、該算定モデルは、三次元的な流れプ
ロフィルと、これによって決定されるｚ軸方向の渦の幾
何学形状の変化とを考慮して、バッフル体における渦形
成面を算定することを基礎としている。ストルーハル数
Ｓを算定するための方程式は次の通りである： Ｓ＝1.723・（b1/D）1.29・exp［−0. 282・l2（１−0.5・b3/b1）/b1］ （６） これによってストルーハル数は誤差≦2.5％で算出す
ることができる。
本発明によって得られる一定のストルーハル数範囲の
拡張及び渦発生振動数ばらつきの減少並びにストルーハ
ル数算定の可能性に基づいて渦流量計の使用帯域は著し
く拡大される。
拡張及び渦発生振動数ばらつきの減少並びにストルーハ
ル数算定の可能性に基づいて渦流量計の使用帯域は著し
く拡大される。
［図面の簡単な説明］ 図１は本発明によるバッフル体の横断面図（ａ）と測
定管内における前記バッフル体の配置概略図（ｂ）であ
る。
定管内における前記バッフル体の配置概略図（ｂ）であ
る。
第２図はバッフル体の幾何学的な特定量を示す図であ
る。
る。
第３図は冒頭で述べた従来技術のバッフル体の横断面
図である。
図である。
［発明を実施するための最良の形態］ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
図１では、内径Ｄを有する測定管２内に配置されたバ
ッフル体１が図示されている。図1aではｘ−ｙ軸平面
が、また図1bではｙ−ｚ軸平面が図示されている。図１
から判るようにバッフル体１の高さ（＝ｚ軸方向の寸
法）は、管壁とバッフル体とがギャップなしに接触する
ように設計されている。測定管の内径Ｄ＞100mmの場
合、バッフル体は、該バッフル体の頭部側と足部側がギ
ャップなしに枠と締結するように、１つの枠内に配置さ
れているのが有利である。この枠構造は完全に流体の流
れ内に配置されていなければならない。
ッフル体１が図示されている。図1aではｘ−ｙ軸平面
が、また図1bではｙ−ｚ軸平面が図示されている。図１
から判るようにバッフル体１の高さ（＝ｚ軸方向の寸
法）は、管壁とバッフル体とがギャップなしに接触する
ように設計されている。測定管の内径Ｄ＞100mmの場
合、バッフル体は、該バッフル体の頭部側と足部側がギ
ャップなしに枠と締結するように、１つの枠内に配置さ
れているのが有利である。この枠構造は完全に流体の流
れ内に配置されていなければならない。
図２に示した、台形部分11と三角形横断面を有する後
流側部分12とから成るバッフル体１は、幾何学的な特定
量すなわち前記台形部分11の流動方向の長さl1、三角形
断面の後流側部分12の流動方向の長さl2、前記台形部分
11の上流側の基底幅b1、該台形部分の下流側の規定幅b2
及び三角形断面の後流側部分12の規定幅b3を有してい
る。
流側部分12とから成るバッフル体１は、幾何学的な特定
量すなわち前記台形部分11の流動方向の長さl1、三角形
断面の後流側部分12の流動方向の長さl2、前記台形部分
11の上流側の基底幅b1、該台形部分の下流側の規定幅b2
及び三角形断面の後流側部分12の規定幅b3を有してい
る。
前記寸法が前記方程式の限度範囲内で選ばれる場合に
は、完全に形成された軸対称流動プロフィルの乱流内
に、7,500＜Re＜350,000のレイノズル数範囲にわたって
一定のストルーハル数範囲が得られる。この一定のスト
ルーハル数範囲では、乱流に起因した渦発生振動数ｆの
ばらつきσは、0.75％よりも小である。
は、完全に形成された軸対称流動プロフィルの乱流内
に、7,500＜Re＜350,000のレイノズル数範囲にわたって
一定のストルーハル数範囲が得られる。この一定のスト
ルーハル数範囲では、乱流に起因した渦発生振動数ｆの
ばらつきσは、0.75％よりも小である。
図２において点描された梨地模様の面３は、ストルー
ハル数の前記算出に基づく渦形成面である。
ハル数の前記算出に基づく渦形成面である。
Claims (4)
- 【請求項１】バッフル体を備えた渦流量計において、バ
ッフル体（１）が、直径方向で対向し合った部位で、流
体の通流する内径（Ｄ）を有する測定管（２）の内壁と
固着結合されているか、又は該測定管内に挿嵌された枠
内に固着されており、 前記バッフル体（１）が、流動方向の長さ（l1）と上流
側の基底幅（b1）と下流側の基底幅（b2）とを有する上
流側の扁平な台形部分（11）と、該台形部分にギャップ
なしに接続していて流動方向の長さ（l2）と基底幅
（b3）とを有する三角形断面形状の後流側部分（12）と
から成る、複合体として構成されており、 この場合次の寸法算定方程式： 0.1≦b1/D≦0.35 （１） 0.6≦b2/b1≦0.95 （２） 0.1≦l1/b1≦0.2 （３） 0.75≦l2/b1≦1.5 （４） 0.5・b2/b1≦b3/b1≦b2/b1 （５） が当て嵌まることを特徴とする、バッフル体を備えた渦
流量計。 - 【請求項２】渦発生振動数センサが後流側部分（12）に
一体に組込まれている、請求項１記載の渦流量計。 - 【請求項３】渦発生振動数センサが、流体の流過する後
流側部分の側面に、該側面の表面に対して同一平面にな
るように組込まれている、請求項２記載の渦流量計。 - 【請求項４】圧電式撓み振動子が渦発生振動数センサと
して構成されており、かつ後流側部分は、渦が該後流側
部分の運動を発生させるように台形部分に固定されてい
る、請求項２記載の渦流量計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4344747 | 1993-12-28 | ||
| DE4344747.3 | 1993-12-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08503078A JPH08503078A (ja) | 1996-04-02 |
| JP2706001B2 true JP2706001B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=6506411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7517748A Expired - Fee Related JP2706001B2 (ja) | 1993-12-28 | 1994-12-15 | バッフル体を有する渦流量計 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5569859A (ja) |
| EP (1) | EP0686254B1 (ja) |
| JP (1) | JP2706001B2 (ja) |
| CN (1) | CN1051370C (ja) |
| DE (1) | DE59409174D1 (ja) |
| DK (1) | DK0686254T3 (ja) |
| ES (1) | ES2143039T3 (ja) |
| WO (1) | WO1995018358A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013108989A (ja) * | 2011-11-21 | 2013-06-06 | Krohne Messtechnik Gmbh | 渦式流量計及び該渦式流量計に関するファイバガイド |
| KR102629898B1 (ko) * | 2023-05-24 | 2024-01-29 | (주)플로우테크 | 와류식 유량계의 와류 발생 및 감지 장치 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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