JP2813654B2 - 流体振動型流量計における流体振動検出センサ - Google Patents
流体振動型流量計における流体振動検出センサInfo
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- JP2813654B2 JP2813654B2 JP14365893A JP14365893A JP2813654B2 JP 2813654 B2 JP2813654 B2 JP 2813654B2 JP 14365893 A JP14365893 A JP 14365893A JP 14365893 A JP14365893 A JP 14365893A JP 2813654 B2 JP2813654 B2 JP 2813654B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体中の圧力振動の周
波数を検出してこの流体の流速や流量を計測するカルマ
ン渦流量計やフルイディック流量計などの流体振動型流
量計に用いられ圧力振動を検出する流体振動検出センサ
に関するものである。
波数を検出してこの流体の流速や流量を計測するカルマ
ン渦流量計やフルイディック流量計などの流体振動型流
量計に用いられ圧力振動を検出する流体振動検出センサ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の流体振動検出センサとし
て、フルイディック流量計に適用したものが知られてい
る。この検出センサは、コアンダー効果によって側壁に
沿ってながれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴
出流の基部に帰還させることによって、噴出流の流路を
２値的に切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ
互に逆位相の関係にある２つの振動圧力を圧電膜に導
き、この圧電膜が両圧力によって厚さ方向に変位するこ
とによって両圧力に応じた電圧或いは電荷（電気信号）
を圧電膜の表裏両面間に生じさせるようにしたもので、
圧電膜の表裏両面間に生じた電気信号の周波数が流体の
流速又は流量に比例する関係にあるので、この電気信号
の周波数を測定することによって流速又は流量を測定す
るようにしたものである。この流体振動検出センサは、
圧電膜自体から電気信号が発生するので外部電源を必要
としないという利点がある。
て、フルイディック流量計に適用したものが知られてい
る。この検出センサは、コアンダー効果によって側壁に
沿ってながれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴
出流の基部に帰還させることによって、噴出流の流路を
２値的に切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ
互に逆位相の関係にある２つの振動圧力を圧電膜に導
き、この圧電膜が両圧力によって厚さ方向に変位するこ
とによって両圧力に応じた電圧或いは電荷（電気信号）
を圧電膜の表裏両面間に生じさせるようにしたもので、
圧電膜の表裏両面間に生じた電気信号の周波数が流体の
流速又は流量に比例する関係にあるので、この電気信号
の周波数を測定することによって流速又は流量を測定す
るようにしたものである。この流体振動検出センサは、
圧電膜自体から電気信号が発生するので外部電源を必要
としないという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電膜はその
圧力−変位特性（感度特性）が図８（ａ）に示すような
二乗曲線となっている。これは、圧電膜に加わる圧力Ｐ
とその変位ζとの関係は、以下の式のように表されるこ
とからも明らかである。
圧力−変位特性（感度特性）が図８（ａ）に示すような
二乗曲線となっている。これは、圧電膜に加わる圧力Ｐ
とその変位ζとの関係は、以下の式のように表されるこ
とからも明らかである。
【０００４】
【数１】
【０００５】式中、ａは圧電膜の半径、Ｔ 0 は圧電膜の
初期張力、ｋは２次元弾性係数である。
初期張力、ｋは２次元弾性係数である。
【０００６】このため、圧電膜の動作点を図８（ａ）に
示すように設定すると、Ａ及びＢの間で変化する振動圧
力が作用して圧電膜が発生する電気信号の振幅が図８
（ｂ）に示すように小さくなり、振動圧力の周波数検出
が困難になるという問題があった。
示すように設定すると、Ａ及びＢの間で変化する振動圧
力が作用して圧電膜が発生する電気信号の振幅が図８
（ｂ）に示すように小さくなり、振動圧力の周波数検出
が困難になるという問題があった。
【０００７】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、振動圧力を正確に検出できるようにした流体振動
型流量計における流体振動検出センサを提供することを
目的としている。
鑑み、振動圧力を正確に検出できるようにした流体振動
型流量計における流体振動検出センサを提供することを
目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明により成された流体振動型流量計における流体振
動検出センサは、コアンダー効果によって側壁に沿って
ながれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴出流の
基部に帰還させることによって、噴出流の流路を２値的
に切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ互に逆
位相の関係にある第１及び第２の振動圧力を、該振動圧
力により変位する圧電膜により圧力変化を検出し、該検
出により圧電膜が発生する電気信号の周波数を測定して
流量を測定する流体振動型流量計における流体振動検出
センサにおいて、前記振動圧力による前記圧電膜の変位
が圧力−変位特性の直線部分の略中心位置となるよう
に、前記圧電膜の前記振動圧力が作用する面と反対側の
面に予め負圧を作用させるようにしたことを特徴として
いる。
本発明により成された流体振動型流量計における流体振
動検出センサは、コアンダー効果によって側壁に沿って
ながれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴出流の
基部に帰還させることによって、噴出流の流路を２値的
に切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ互に逆
位相の関係にある第１及び第２の振動圧力を、該振動圧
力により変位する圧電膜により圧力変化を検出し、該検
出により圧電膜が発生する電気信号の周波数を測定して
流量を測定する流体振動型流量計における流体振動検出
センサにおいて、前記振動圧力による前記圧電膜の変位
が圧力−変位特性の直線部分の略中心位置となるよう
に、前記圧電膜の前記振動圧力が作用する面と反対側の
面に予め負圧を作用させるようにしたことを特徴として
いる。
【０００９】
【作用】上記構成において、振動圧力により変位する圧
電膜が、その圧力−変位特性の直線部分の略中心位置を
中心に変位するように、圧電膜の振動圧力が作用する面
と反対側の面に予め負圧を作用させているので、圧電膜
の変位が大きくなり圧電膜の出力が大きくなる。
電膜が、その圧力−変位特性の直線部分の略中心位置を
中心に変位するように、圧電膜の振動圧力が作用する面
と反対側の面に予め負圧を作用させているので、圧電膜
の変位が大きくなり圧電膜の出力が大きくなる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明による流体振動検出センサが適用さ
れる流体振動型流量計の一例を示し、同図において、流
体振動型流量計を構成するフルイディック発振器は、例
えば図示しないガス配管の途中に設けられる断面矩形状
の管路１内に構成される。管１内には、管路縮小部２及
び噴出ノズル３を形成する一対の流路形成部材４ａ，４
ｂが管中心軸線Ｐに対して対称に配置され、管路縮小部
２の作用によりガスが噴出ノズル３に円滑に導かれると
共に、噴出ノズル３からは管中心線Ｐを噴出中心として
ガスが噴出されるようにされている。
する。図１は本発明による流体振動検出センサが適用さ
れる流体振動型流量計の一例を示し、同図において、流
体振動型流量計を構成するフルイディック発振器は、例
えば図示しないガス配管の途中に設けられる断面矩形状
の管路１内に構成される。管１内には、管路縮小部２及
び噴出ノズル３を形成する一対の流路形成部材４ａ，４
ｂが管中心軸線Ｐに対して対称に配置され、管路縮小部
２の作用によりガスが噴出ノズル３に円滑に導かれると
共に、噴出ノズル３からは管中心線Ｐを噴出中心として
ガスが噴出されるようにされている。
【００１１】また、管中心軸線Ｐに対して対称に、管路
拡大部５、一対の制御ノズル６ａ，６ｂ、管路拡大部５
の下流側と制御ノズル６ａ，６ｂを各別に連通する一対
の帰還流路７ａ，７ｂ、及び一対の帰還流路７ａ，７ｂ
を区画形成する一対の隔壁８ａ，８ｂが配置されてい
る。管路拡大部５の管中心軸線Ｐ上には、流動方向の切
り換えを安定化するためのターゲット９が配置されてい
る。一対の制御ノズル６ａ，６ｂは、噴出ノズル３の噴
出方向に対して略直角方向にかつ相対向するようにされ
ている。
拡大部５、一対の制御ノズル６ａ，６ｂ、管路拡大部５
の下流側と制御ノズル６ａ，６ｂを各別に連通する一対
の帰還流路７ａ，７ｂ、及び一対の帰還流路７ａ，７ｂ
を区画形成する一対の隔壁８ａ，８ｂが配置されてい
る。管路拡大部５の管中心軸線Ｐ上には、流動方向の切
り換えを安定化するためのターゲット９が配置されてい
る。一対の制御ノズル６ａ，６ｂは、噴出ノズル３の噴
出方向に対して略直角方向にかつ相対向するようにされ
ている。
【００１２】そして、一対の隔壁８ａ，８ｂとの協動で
一対の排出路１０ａ，１０ｂを形成する隔壁１１を、管
路拡大部５の下流側を遮断する状態で設け、両排出路１
０ａ，１０ｂの入口を両帰還流路７ａ，７ｂの入口側に
各別に連通するようにしている。なお、隔壁１１には、
凹部１１ａ，１１ｂが形成されている。また、図には、
管路１、流路形成部材４ａ，４ｂ、隔壁８ａ，８ｂ、タ
ーゲット９及び隔壁１１を別体の部材として示している
が、例えばダイキャスト成形によって一体に形成するこ
とができ、また図示しない蓋体を上方から取り付けるこ
とによって完成される。
一対の排出路１０ａ，１０ｂを形成する隔壁１１を、管
路拡大部５の下流側を遮断する状態で設け、両排出路１
０ａ，１０ｂの入口を両帰還流路７ａ，７ｂの入口側に
各別に連通するようにしている。なお、隔壁１１には、
凹部１１ａ，１１ｂが形成されている。また、図には、
管路１、流路形成部材４ａ，４ｂ、隔壁８ａ，８ｂ、タ
ーゲット９及び隔壁１１を別体の部材として示している
が、例えばダイキャスト成形によって一体に形成するこ
とができ、また図示しない蓋体を上方から取り付けるこ
とによって完成される。
【００１３】以上の構成により、噴出ノズル３からのガ
ス噴出が開始されると、コアンダー効果によって噴出ガ
スは一方の隔壁８ａに沿って流れ、これによって渦流が
発生するため、その隔壁８ａ側に位置する制御ノズル６
ａに帰還流路７ａから大きな流体エネルギが供給され
る。これが噴出ノズル３から噴出している噴出ガスに作
用して噴出ガスを反対側の隔壁８ｂに沿って流し、これ
によって渦流を発生させる。よって、今度は反対側の制
御ノズルからの流体エネルギによって噴出ガスは始めの
隔壁８ａに沿って再び流れるようになり、以後噴出ノズ
ル３からの噴出ガスが隔壁８ａ，８ｂに対して交互に沿
って流れるようになる。なお、この噴出ガスの流動方向
の切り換えによる流体振動は、その周期が噴出ガス量の
増大に対して定量的相関をもって短くなる。
ス噴出が開始されると、コアンダー効果によって噴出ガ
スは一方の隔壁８ａに沿って流れ、これによって渦流が
発生するため、その隔壁８ａ側に位置する制御ノズル６
ａに帰還流路７ａから大きな流体エネルギが供給され
る。これが噴出ノズル３から噴出している噴出ガスに作
用して噴出ガスを反対側の隔壁８ｂに沿って流し、これ
によって渦流を発生させる。よって、今度は反対側の制
御ノズルからの流体エネルギによって噴出ガスは始めの
隔壁８ａに沿って再び流れるようになり、以後噴出ノズ
ル３からの噴出ガスが隔壁８ａ，８ｂに対して交互に沿
って流れるようになる。なお、この噴出ガスの流動方向
の切り換えによる流体振動は、その周期が噴出ガス量の
増大に対して定量的相関をもって短くなる。
【００１４】上述した流体振動によって帰還流路に至る
管路拡大部５中の流路に圧力変化を生じさせ、これを検
出することによって流量を測定することができるが、こ
のために管路拡大部５の上記流路が形成される管中心軸
線Ｐに対して対称な位置に圧力導出孔１２ａ，１２ｂを
あけ、この圧力導出孔１２ａ，１２ｂから導出した圧力
を導圧路１３ａ，１３ｂを通じて流体振動検出センサ１
４に導いている。検出センサ１４は、導圧路１３ａ，１
３ｂを通じて導入した圧力に応じてパルス状の電気信号
を発生し、これを流量計測器１５に送出する。流量計測
器１５は検出センサ１４からのパルス状の電気信号の周
波数から流量を算出して表示などを行う。
管路拡大部５中の流路に圧力変化を生じさせ、これを検
出することによって流量を測定することができるが、こ
のために管路拡大部５の上記流路が形成される管中心軸
線Ｐに対して対称な位置に圧力導出孔１２ａ，１２ｂを
あけ、この圧力導出孔１２ａ，１２ｂから導出した圧力
を導圧路１３ａ，１３ｂを通じて流体振動検出センサ１
４に導いている。検出センサ１４は、導圧路１３ａ，１
３ｂを通じて導入した圧力に応じてパルス状の電気信号
を発生し、これを流量計測器１５に送出する。流量計測
器１５は検出センサ１４からのパルス状の電気信号の周
波数から流量を算出して表示などを行う。
【００１５】図２は本発明による流体振動検出センサの
蓋体２１内に組み込まれた一実施例を示し、図１につい
て上述した圧力導出孔１２ａ，１２ｂ、導圧路１３ａ，
１３ｂが蓋体２１に形成されている。蓋体２１にはま
た、導圧路１３ａ，１３ｂを通じて導入した振動圧力が
導かれる圧力検出室２２ａ，２２ｂが形成されている。
振動圧力はガス圧に相当する静圧と、これに重畳した動
圧とからなり、流量がないときには静圧のみとなり、流
量があるときにはこれに伴って生じる振動による動圧が
重畳する。圧力検出室２２ａ，２２ｂは、導圧路１３
ａ，１３ｂが底部に連通されて蓋体２１に形成された凹
部２２ａ1 ，２２ｂ1 の開口に、圧電膜からなる圧力セ
ンサ２２ａ2 ，２２ｂ2 が流体密に取り付けられること
によって形成されている。
蓋体２１内に組み込まれた一実施例を示し、図１につい
て上述した圧力導出孔１２ａ，１２ｂ、導圧路１３ａ，
１３ｂが蓋体２１に形成されている。蓋体２１にはま
た、導圧路１３ａ，１３ｂを通じて導入した振動圧力が
導かれる圧力検出室２２ａ，２２ｂが形成されている。
振動圧力はガス圧に相当する静圧と、これに重畳した動
圧とからなり、流量がないときには静圧のみとなり、流
量があるときにはこれに伴って生じる振動による動圧が
重畳する。圧力検出室２２ａ，２２ｂは、導圧路１３
ａ，１３ｂが底部に連通されて蓋体２１に形成された凹
部２２ａ1 ，２２ｂ1 の開口に、圧電膜からなる圧力セ
ンサ２２ａ2 ，２２ｂ2 が流体密に取り付けられること
によって形成されている。
【００１６】圧電膜からなる圧力センサ２２ａ2 ，２２
ｂ2 により仕切られた凹部２２ａ1，２２ｂ1 の外側の
外室２２ｃには、圧力検出室２２ａ，２２ｂに作用して
いる静圧よりも小さな圧力が作用されている。すなわ
ち、圧電膜の振動圧力が作用する面と反対側の面に予め
負圧が作用されている。よって、圧力センサ２２ａ2 ，
２２ｂ2 の圧電膜は、図２（ａ）に示すように、流量の
ない常時においても、外室２２ｃ側に変位された図示の
ような状態にある。この負圧は、外室２２ｃ内に所定の
圧力を封止したり、或いは、外室２２ｃをガス流路の低
圧部と連通することによって付与することができる。ま
た、負圧の大きさは、振動圧力による圧電膜の変位が、
図３に示すように、圧力−変位特性の直線部分の略中心
位置となる圧力Ｐ0 となるように設定される。なお、流
量があるときには、図２（ｂ）に示すように、圧電膜が
変位する。
ｂ2 により仕切られた凹部２２ａ1，２２ｂ1 の外側の
外室２２ｃには、圧力検出室２２ａ，２２ｂに作用して
いる静圧よりも小さな圧力が作用されている。すなわ
ち、圧電膜の振動圧力が作用する面と反対側の面に予め
負圧が作用されている。よって、圧力センサ２２ａ2 ，
２２ｂ2 の圧電膜は、図２（ａ）に示すように、流量の
ない常時においても、外室２２ｃ側に変位された図示の
ような状態にある。この負圧は、外室２２ｃ内に所定の
圧力を封止したり、或いは、外室２２ｃをガス流路の低
圧部と連通することによって付与することができる。ま
た、負圧の大きさは、振動圧力による圧電膜の変位が、
図３に示すように、圧力−変位特性の直線部分の略中心
位置となる圧力Ｐ0 となるように設定される。なお、流
量があるときには、図２（ｂ）に示すように、圧電膜が
変位する。
【００１７】図４は圧力センサ２２2 の具体的な構成の
一例を示し、同図において、圧力センサ２２2 は、圧電
膜（ＰＶＤＦ）２２21の表裏両面にアルミニウムを蒸着
して電極２２22及び２２23を付与することによって形成
されている。図４について上述した圧力センサ２２2 を
圧力検出室２２ａ，２２ｂに取り付けるには、図５に示
すように取付具２３を使用して行う。具体的には、電極
２２22及び２２23とそれぞれ電気接触するように、圧力
センサ２２2 を上部電極リング２３ａ及び下部電極リン
グ２３ｂにより上下から挟み込み、この状態で電気絶縁
材料からなる外リング２４に流体密に嵌合させ、電極リ
ング２３ａ，２３ｂにリード線をそれぞれ接続すること
により完成する。
一例を示し、同図において、圧力センサ２２2 は、圧電
膜（ＰＶＤＦ）２２21の表裏両面にアルミニウムを蒸着
して電極２２22及び２２23を付与することによって形成
されている。図４について上述した圧力センサ２２2 を
圧力検出室２２ａ，２２ｂに取り付けるには、図５に示
すように取付具２３を使用して行う。具体的には、電極
２２22及び２２23とそれぞれ電気接触するように、圧力
センサ２２2 を上部電極リング２３ａ及び下部電極リン
グ２３ｂにより上下から挟み込み、この状態で電気絶縁
材料からなる外リング２４に流体密に嵌合させ、電極リ
ング２３ａ，２３ｂにリード線をそれぞれ接続すること
により完成する。
【００１８】図６は、負圧を付与した場合とそうでない
場合の流体振動周波数−出力特性を比較して示すグラフ
であり、負圧を付与した方が出力も大きくなっているこ
とが判る。
場合の流体振動周波数−出力特性を比較して示すグラフ
であり、負圧を付与した方が出力も大きくなっているこ
とが判る。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電膜に予め負圧を作用させ、振動圧力に対して圧力−変
位特性の直線部分で動作するようにしているため、圧電
膜の出力が大きくなり、正確な流量測定ができるように
なる。
電膜に予め負圧を作用させ、振動圧力に対して圧力−変
位特性の直線部分で動作するようにしているため、圧電
膜の出力が大きくなり、正確な流量測定ができるように
なる。
【図１】本発明による流体振動検出センサが適用される
流体振動型流量計の一例を示す図である。
流体振動型流量計の一例を示す図である。
【図２】本発明による流体振動検出センサの一実施例を
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明による流体振動検出センサの圧力−変位
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図４】本発明による流体振動検出センサの圧電膜の一
例を示す図である。
例を示す図である。
【図５】図４の圧電膜の取付構造を示す図である。
【図６】本発明による流体振動検出センサの出力特性を
従来例と比較して示すグラフである。
従来例と比較して示すグラフである。
【図７】従来の問題を説明するための図である。
２２ａ2 ，２２ｂ2 圧電膜（圧力センサ）
Claims (1)
- 【請求項１】 コアンダー効果によって側壁に沿ってな
がれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴出流の基
部に帰還させることによって、噴出流の流路を２値的に
切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ互に逆位
相の関係にある第１及び第２の振動圧力を、該振動圧力
により変位する圧電膜により圧力変化を検出し、該検出
により圧電膜が発生する電気信号の周波数を測定して流
量を測定する流体振動型流量計における流体振動検出セ
ンサにおいて、 前記振動圧力による前記圧電膜の変位が圧力−変位特性
の直線部分の略中心位置となるように、前記圧電膜の前
記振動圧力が作用する面と反対側の面に予め負圧を作用
させるようにしたことを特徴とする流体振動型流量計に
おける流体振動検出センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14365893A JP2813654B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 流体振動型流量計における流体振動検出センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14365893A JP2813654B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 流体振動型流量計における流体振動検出センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074997A JPH074997A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2813654B2 true JP2813654B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=15343921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14365893A Expired - Lifetime JP2813654B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 流体振動型流量計における流体振動検出センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2813654B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP14365893A patent/JP2813654B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH074997A (ja) | 1995-01-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980526 |