JP2711133B2 - Vortex flow meter - Google Patents

Vortex flow meter

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JP2711133B2
JP2711133B2 JP1100592A JP10059289A JP2711133B2 JP 2711133 B2 JP2711133 B2 JP 2711133B2 JP 1100592 A JP1100592 A JP 1100592A JP 10059289 A JP10059289 A JP 10059289A JP 2711133 B2 JP2711133 B2 JP 2711133B2
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Japan
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vortex
signal
flow
karman vortex
fluid
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豊 稲田
博史 吉倉
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トキコ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、管路に設けた渦発生体により流体中に生成
されるカルマン渦の周期から前記流体の流量を求めるカ
ルマン渦流量計に関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a Karman vortex flowmeter for determining a flow rate of a fluid from a cycle of a Karman vortex generated in the fluid by a vortex generator provided in a pipeline. It is.

「従来の技術」 従来の渦流量計として下記の方式のものが知られてい
る。
"Prior art" The following vortex flowmeter is known as a conventional vortex flowmeter.

特開昭54−69474号に記載されているように、流路
中に設けられた渦発生体により生成されるカルマン渦に
より渦発生体自身に発生する交番応力をその内部に設け
られた圧電素子により検出し、検出された応力から前記
カルマン渦の周期を測定するとともに、その周期が流体
の流速に比較することから前記流体の流量を求めるよう
にしたカルマン渦流量計。
As described in JP-A-54-69474, a piezoelectric element provided with an alternating stress generated in a vortex generator itself due to Karman vortices generated by a vortex generator provided in a flow path. A Karman vortex flowmeter which measures the period of the Karman vortex from the detected stress and compares the period with the flow velocity of the fluid to determine the flow rate of the fluid.

特公昭48−17010に記載されているように、管路に
超音波を放射し、その伝搬時間がカルマン渦(流路中の
渦発生体により生成される)により変化することを利用
して、前記カルマン渦の周期を測定し、同様に流量を求
めるようにしたカルマン渦流量計。
As described in JP-B-48-17010, utilizing the fact that ultrasonic waves are radiated into a conduit and the propagation time of the ultrasonic waves is changed by Karman vortices (generated by vortex generators in the flow path), A Karman vortex flowmeter which measures the cycle of the Karman vortex and similarly obtains the flow rate.

「発明が解決しようとする課題」 しかし、前記カルマン渦の周期は、管路内を流れる流
体の流量のみならず、ポンプの仕様、配管径、バルブの
位置などの条件によって決定される流れの状態によって
も変化するから、設置条件あるいは仕様条件の相異によ
り前記諸条件が変化することにより、測定精度が低下す
るとともに再現性がわるくなるという問題点があった。
"Problems to be Solved by the Invention" However, the cycle of the Karman vortex is determined not only by the flow rate of the fluid flowing in the pipe, but also by the flow conditions determined by conditions such as pump specifications, pipe diameters, and valve positions. Therefore, there is a problem that the measurement accuracy is reduced and the reproducibility is deteriorated when the above-mentioned various conditions are changed due to a difference in installation conditions or specification conditions.

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、流れの
条件の変化にかかわらず所定の測定精度を維持し得る流
量計を得ることを目的とするものである。
The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and has as its object to obtain a flowmeter capable of maintaining a predetermined measurement accuracy regardless of a change in flow conditions.

「課題を解決するための手段」 上記問題点を解決するため、本発明は、 管路に配設された渦発生体により流体中に生成される
カルマン渦の周期が前記流体の流速に比例することを利
用して流体の流量を測定するカルマン渦流量計におい
て、前記カルマン渦の周期を検出してカルマン渦周期信
号を出力する第1の検出器と、前記渦発生体の前後の圧
力変化を検出する第2の検出器と、該第2の検出器から
供給される圧力信号から流れの条件を判別して判別結果
に対応する補正信号を出力する補正信号演算器と、前記
第1の検出器から供給されるカルマン渦周期信号と定数
とから流量信号を算出するとともに前記補正信号によっ
て前記定数を制御する流量演算器とを設けるようにした
ものである。
"Means for Solving the Problems" In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vortex generator provided in a pipe, wherein the cycle of Karman vortices generated in the fluid is proportional to the flow velocity of the fluid. In a Karman vortex flowmeter that measures the flow rate of a fluid by utilizing the above, a first detector that detects the cycle of the Karman vortex and outputs a Karman vortex cycle signal, and detects a pressure change before and after the vortex generator. A second detector for detecting, a correction signal calculator for determining a flow condition from the pressure signal supplied from the second detector, and outputting a correction signal corresponding to the determination result; A flow rate calculator that calculates a flow rate signal from the Karman vortex period signal supplied from the vessel and a constant and controls the constant by the correction signal.

「作用」 上記構成であると、第1の検出器から得られた圧力変
化の情報に基づいて流れの条件の変化を検知するととも
に、条件の変化に応じて出力される補正信号により、定
数の値を変更することができる。
[Operation] With the above configuration, a change in the flow condition is detected based on the information on the pressure change obtained from the first detector, and the correction signal output in accordance with the change in the condition allows the constant You can change the value.

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図符号1は被測定配管中に直列に挿入される管路
である。この管路1の中心を介して対向する2点には、
それぞれ超音波発信器2および超音波受信器3が設けら
れている。これらの発信器2および受信器3より上流側
の位置には流れと交差する柱状をなす渦発生体4が設け
られて、その後流側の管内流体にカルマン渦5を積極的
に発生させるようになっている。
Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a pipe line inserted in series into a pipe to be measured. At two points facing each other via the center of the pipe 1,
An ultrasonic transmitter 2 and an ultrasonic receiver 3 are provided, respectively. A vortex generator 4 having a columnar shape intersecting with the flow is provided at a position upstream of the transmitter 2 and the receiver 3 so as to positively generate the Karman vortex 5 in the pipe fluid on the flow side thereafter. Has become.

前記超音発信器2は、駆動回路6から出力されるドラ
イブ信号により駆動されて管内流体へ超音波7を伝搬さ
せ、また、管内流体中を伝搬した超音波7は、カルマン
渦5と接触することにより位相変調された後、超音波受
信器3に検出されてカルマン渦情報を盛った超音波信号
S1へと変換される。
The supersonic transmitter 2 is driven by a drive signal output from a driving circuit 6 to propagate the ultrasonic waves 7 to the fluid in the tube, and the ultrasonic waves 7 propagated in the fluid in the tube come into contact with the Karman vortex 5. After being phase-modulated, the ultrasonic signal detected by the ultrasonic receiver 3 and loaded with Karman vortex information
Converted to S1.

この超音波信号S1は、前記ドライブ信号S′1ととも
にカルマン渦周期検出器8に入力され、位相復調される
ことにより、カルマン渦信号が取り出され、更に波形整
形されて、前記カルマン渦5の周期に比例したパルス信
号S2として流量演算器9へ供給される。
The ultrasonic signal S1 is input to the Karman vortex period detector 8 together with the drive signal S′1, and is subjected to phase demodulation, so that the Karman vortex signal is extracted and further waveform-shaped. Is supplied to the flow rate calculator 9 as a pulse signal S2 proportional to.

一方、前記渦発生体4の上流側よび下流側には、管内
流体の圧力に応じた電気信号を出力する圧力検出器10お
よび11がそれぞれ設けられており、これら圧力検出器10
および11からの信号は、圧力信号変換器12・13によって
それぞれ圧力信号S3,S4に変換されて、補正信号演算器1
4に供給されている。そして補正信号演算器14では、前
記圧力信号S3,S4から得られる管内圧力、脈動成分、渦
発生体前後の圧力差等の情報に基づいて補正信号S5を算
出し、前記流量演算器9へ供給している。
On the other hand, on the upstream side and the downstream side of the vortex generator 4, pressure detectors 10 and 11 for outputting an electric signal corresponding to the pressure of the fluid in the pipe are provided, respectively.
And 11 are converted into pressure signals S3 and S4 by pressure signal converters 12 and 13, respectively, and output from the correction signal calculator 1
Supplied to 4. The correction signal calculator 14 calculates a correction signal S5 based on information such as the pipe pressure, the pulsation component, and the pressure difference before and after the vortex generator obtained from the pressure signals S3 and S4, and supplies the correction signal S5 to the flow rate calculator 9. doing.

さらに流量演算器9は、前記カルマン渦周期パルス信
号S2を前記補正信号S5に基づいて補正した後、補正され
たカルマン渦周期から管路内の流体の流速(流量)を示
す信号S6を出力する。すなわち上記流量演算器9にあっ
ては、供給されるパルスS2とメータ定数(パルス数/
)Cなる補正係数とを演算して流量信号S6を得る一
方、前記メータ定数Cを前記補正信号S5に基づいて制御
することにより流れの変化に対応して正確な流量を算出
するようになっている。
Further, the flow rate calculator 9 corrects the Karman vortex cycle pulse signal S2 based on the correction signal S5, and then outputs a signal S6 indicating the flow velocity (flow rate) of the fluid in the pipeline from the corrected Karman vortex cycle. . That is, in the flow rate calculator 9, the supplied pulse S2 and the meter constant (number of pulses / number of pulses /
A) calculating a correction coefficient C to obtain a flow rate signal S6, and controlling the meter constant C based on the correction signal S5 to calculate an accurate flow rate corresponding to a change in flow. I have.

上記メータ定数Cは、ポンプ条件および配管条件によ
って第2図に示すように変化する。また第3図ないし第
5図には第2図中の条件1,2,3に相当する条件の配管系
が示されている。
The meter constant C changes as shown in FIG. 2 depending on pump conditions and piping conditions. 3 to 5 show piping systems under conditions corresponding to conditions 1, 2, and 3 in FIG.

◎条件1 容量の小さいポンプP1を使用し、このポンプP1の吐出
側に整流管A、配管10D、および、第1図に示す構成の
渦流量計Fを直列に設け、さらに、渦流量計Fの下流側
の配管20D(20Dは10Dの2倍の管径を表す)に設けられ
たバルブVによって流量制御を行なう。
◎ Condition 1 A small-capacity pump P1 is used, and a straightening pipe A, a pipe 10D, and a vortex flow meter F having the structure shown in FIG. The flow rate is controlled by a valve V provided on a downstream pipe 20D (20D represents a pipe diameter twice as large as 10D).

◎条件2 上記ポンプP1より容量の大きなポンプP2を使用し、整
流管Aの上流の符号40D(40Dは10Dの4倍の管径を表
す)で示す配管に設けられたバルブVで流量制御を行な
う。
◎ Condition 2 A pump P2 having a larger capacity than the pump P1 is used, and the flow rate is controlled by a valve V provided on a pipe indicated by reference numeral 40D (40D is a pipe diameter four times larger than 10D) upstream of the rectifying pipe A. Do.

◎条件3 上記条件2の場合と同容量のポンプP2を使用し、整流
管Aの下流の配管20Dに設けられたバルブVを使用して
流量制御を行う。
◎ Condition 3 The flow rate is controlled by using the pump P2 having the same capacity as in Condition 2 and using the valve V provided in the pipe 20D downstream of the rectifier pipe A.

の各条件において、バルブVを操作して流量を制御しつ
つ流量計のメータ定数Cの特性を求めると、条件1で
は、第2図に示したように流量が少なくなるにしたがっ
てメータ定数Cが上昇する。また条件2ではその上昇が
小さくなり、条件3では逆に下降する。これらのこと
は、同じ渦流量計を使用しても、前記のような条件の違
いにより、同一流量点で出力されるカルマン渦周期が異
なることを示している。
Under each condition, when the characteristic of the meter constant C of the flow meter is obtained while controlling the flow rate by operating the valve V, under the condition 1, as shown in FIG. To rise. In condition 2, the increase is small, and in condition 3, it decreases in reverse. These facts show that even when the same vortex flowmeter is used, the Karman vortex period output at the same flow point is different due to the above-described difference in conditions.

そして、渦発生柱の上下流にそれぞれ設けられた圧力
検出器10,11により各条件毎に管内圧力の状態を測定す
ると、同一流量点においても条件の変化によって、圧
力、脈動成分、上下流での圧力差等の圧力情報が異なる
ことがわかった。
Then, when the state of the pressure in the pipe is measured for each condition by the pressure detectors 10 and 11 provided respectively on the upstream and downstream of the vortex generating column, the pressure, the pulsation component, the upstream and downstream It was found that the pressure information such as the pressure difference was different.

したがって、流れの条件を種々に設定してメータ定数
Cを求めるとともに、その条件において圧力を測定して
おけば、前記圧力検出器10,11から得られた圧力情報S2,
S3に基づいて補正信号演算器14にいずれの条件か(例え
ば実施例における1〜3のいずれの条件か)を判断さ
せ、判断結果を補正信号S5として流量演算器9に供給す
ることにより、流量演算器9において適正なメータ定数
Cを設定して(あるいは、予め条件毎に多数記憶された
メータ定数曲線から最適なものを選択して)常に正確な
測定値が得られるカルマン渦流量計を実現することがで
きた。
Therefore, the flow conditions are set variously to obtain the meter constant C, and if the pressure is measured under the conditions, the pressure information S2, obtained from the pressure detectors 10, 11 can be obtained.
Based on S3, the correction signal calculator 14 determines which condition (for example, any one of the conditions 1 to 3 in the embodiment), and supplies the result of the determination to the flow calculator 9 as the correction signal S5. A Kalman vortex flowmeter which can always obtain accurate measurement values by setting an appropriate meter constant C in the computing unit 9 (or selecting an optimum meter constant curve stored in advance for each condition). We were able to.

なお、上記実施例においては、圧力検出器を渦発生体
の上下流2箇所に設置する方法として説明したが、更に
多数個設置してもよく、要はメータ定数Cの変化の要因
となる流れの状態を表す圧力情報が得られるよう配設さ
れていれば良い。
In the above-described embodiment, the method has been described in which the pressure detectors are installed at two locations upstream and downstream of the vortex generator. However, a larger number of pressure sensors may be installed. What is necessary is just to arrange so that the pressure information showing the state of can be obtained.

また、上記実施例では、カルマン渦周期を超音波の位
相変化を用いて測定することにより、流量に対応した信
号を得る方式について説明したが、この方式に代えて、
振幅変化あるいは周波数変化等を用いる方式を採用し、
超音波以外の圧電素子、静電容量、熱線等のセンサを用
いてカルマン渦を検出する場合にも適用し得ることは明
らかである。
Further, in the above embodiment, the method of obtaining the signal corresponding to the flow rate by measuring the Karman vortex period using the phase change of the ultrasonic wave has been described.
Adopt a method that uses amplitude change or frequency change, etc.
It is apparent that the present invention can be applied to the case where Karman vortex is detected using a sensor other than the ultrasonic wave, such as a piezoelectric element, a capacitance, or a heat ray.

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、カル
マン渦の生成に影響を与える流れの状態の変化を圧力測
定を介して検知することができるので、ポンプ条件、配
管条件等の変化によるカルマン渦周期の変化を除去し
て、高い精度でかつ再現性よく計測することができると
いう効果を奏する。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, a change in the flow state affecting the generation of Karman vortices can be detected through pressure measurement. This eliminates a change in the Karman vortex period due to a change in conditions or the like, and provides an effect that measurement can be performed with high accuracy and high reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図は渦流量
計のブロック図、第2図は流量とメータ定数との関係を
配管条件毎に示す図表、第3図ないし第5図は条件1〜
3の配管の構成をそれぞれ示す配管図である。 1……配管、2……発信器、3……受信器、4……渦発
生体、5……カルマン渦、6……駆動回路、7……超音
波、8……カルマン渦周波数検出器、9……流量演算
器、10・11……圧力検出器、12・13……圧力信号演算
器、14……補正信号演算器。
The drawings show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram of a vortex flowmeter, FIG. 2 is a table showing a relationship between a flow rate and a meter constant for each piping condition, and FIGS. Is the condition 1
It is a piping diagram which shows the structure of 3 piping, respectively. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pipe, 2 ... Transmitter, 3 ... Receiver, 4 ... Vortex generator, 5 ... Karman vortex, 6 ... Drive circuit, 7 ... Ultrasonic, 8 ... Karman vortex frequency detector , 9 ... Flow calculator, 10/11 ... Pressure detector, 12/13 ... Pressure signal calculator, 14 ... Correction signal calculator.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】管路に配設された渦発生体により流体中に
生成されるカルマン渦の周期が前記流体の流速に比例す
ることを利用して流体の流量を測定するカルマン渦流量
計において、前記カルマン渦の周期を検出してカルマン
渦周期信号を出力する第1の検出器と、前記渦発生体の
前後の圧力変化を検出する第2の検出器と、該第2の検
出器から供給される圧力信号から流れの条件を判別して
判別結果に対応する補正信号を出力する補正信号演算器
と、前記第1の検出器から供給されるカルマン渦周期信
号と定数とから流量信号を算出するとともに前記補正信
号によって前記定数を制御する流量演算器とからなるこ
とを特徴とする渦流量計。
1. A Karman vortex flowmeter for measuring the flow rate of a fluid by utilizing the fact that the period of a Karman vortex generated in a fluid by a vortex generator disposed in a pipe is proportional to the flow velocity of the fluid. A first detector for detecting a cycle of the Karman vortex and outputting a Karman vortex cycle signal, a second detector for detecting a pressure change before and after the vortex generator, and a second detector. A correction signal calculator for determining a flow condition from the supplied pressure signal and outputting a correction signal corresponding to the determination result; and a flow signal from the Karman vortex period signal and a constant supplied from the first detector. A vortex flowmeter for calculating and controlling the constant by the correction signal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101464242B (en) * 2007-12-21 2013-01-09 格伦德福斯管理联合股份公司 Method of determining the viscosity of a fluid

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101464242B (en) * 2007-12-21 2013-01-09 格伦德福斯管理联合股份公司 Method of determining the viscosity of a fluid

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