JP2976592B2 - カルマン渦流量計 - Google Patents
カルマン渦流量計Info
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Description
渦発生体に作用する交番力を渦信号として取り出して流
体の流速流量を測定する流量計であって、とくに振動や
衝撃の影響を補償するとともに、静電容量式変位センサ
を用いて耐熱性の向上を図ったカルマン渦流量計に関す
る。
る図5を参照しながら説明する。図5において、従来例
の要部は、概略的に言えば、管路1の側壁にネジ固定さ
れる基台2と、この基台2にネジ固定される検出体3と
からなる。基台2は主として、管路1の側壁外周への固
定部としての基板2a と、基板2a の中心にある突出部
で側壁に嵌挿される支承部2b と、この支承部2b から
管路1の内部に突出するカルマン渦発生支援用の柱状体
2c と、この柱状体2c の先端に位置し管路1の側壁の
対向箇所に嵌挿される支承部2d とからなる。各支承部
2b,2d の、管路1の側壁への嵌挿は、柱状体2c に対
する防振のために各Oリング5,6を介してなされる。
ジ固定されるフランジ部3a と、このフランジ部3a か
ら管路1の内部側に伸びる支柱部3b と、カルマン渦発
生体としての柱状体3c と、この柱状体3c の先端に位
置し基台2の支承部2d の中心部にOリング7を介して
嵌挿される支承部3d と、フランジ部3a から管路1の
外方に伸びる支柱部3e と、支柱部3e の先端部に位置
調整可能に固定されるウェイト3f とからなる。検出体
3を構成する前記の各部分は全て同軸である。なお、O
リング7は、柱状体3c に対する防振用である。また、
フランジ部3aは、発明におけるダイヤフラムとしての
フランジに相当する。
あり、同図に示すように、基台2の柱状体2c は、その
断面が等辺三角形で、検出体3の柱状体3c は、その断
面が等辺台形である。柱状体2c の断面の等辺三角形の
底辺と、柱状体3c の断面の等辺台形の長底辺とは、ほ
ぼ同じ長さで近接対向している。これら各柱状体2c,3
c は広義のカルマン渦発生体を構成し、柱状体3c が渦
発生の主部に、柱状体2c が渦発生を支援する副部に相
当する。なお、矢印Qは流れ方向を示す。
の柱状体3c が、外部の振動や衝撃(以下、単に外部振
動という)を受けたときの慣性力によるフランジ部3a
の箇所に関する曲げモーメント(以下、慣性曲げモーメ
ントという)と、支柱部3eおよびウェイト3f が、同
じ外部振動を受けたときのフランジ部3a の箇所に関す
る慣性曲げモーメントとが、互いに同じ大きさで逆方向
になるように構成される点である。なお、支柱部3e お
よびウェイト3f が、発明におけるバランスウェイトに
相当する。言いかえれば、前記の条件が成り立つよう
に、予め概略的に決められた寸法,重さのウェイト3f
が微細に位置調整されるわけである。したがって、支柱
部3b および主な渦発生体としての柱状体3c が外部振
動を受けたときのフランジ部3a の箇所に関する慣性曲
げモーメントは、バランスウェイトとしての支柱部3e
およびウェイト3f が同じ外部振動を受けたときのフラ
ンジ部3a の箇所に関する慣性曲げモーメントによって
相殺される。
図において、フランジ部3a の箇所に関する慣性曲げモ
ーメントM1 は、支柱部3b,柱状部3c に係る矢印表示
した各部の慣性力によるもの、同じくその慣性モーメン
トM2 は、支柱部3e,ウェイト3f に係る矢印表示した
各部の慣性力によるものであって、各慣性モーメントM
1,M2 は大きさが同じで方向が逆になる。なお、図8
(a) は柱状部3c の各部に作用する矢印表示したカルマ
ン渦による力(渦力)の、フランジ部3a の箇所に関す
る曲げモーメントMの模式図である。その結果、フラン
ジ部3a に固着された圧電素子4の出力は、外部振動の
影響が除去されてカルマン渦の振動数だけに対応した周
波数になる。
ランジ部3a の上面に支柱部3e を貫通させる形で接着
される。圧電素子4は、その表面図である図7(a) と、
その裏面図である図7(b) とに示したように、圧電物質
を中間に挟む形で構成され、ハッチング表示された各電
極4a,4b,4c,4d からなる。各電極4a,4b は、柱状
部3c と管路1との各軸線を含む平面、つまりX−Xを
含む紙面に直角な平面に関して対称に配置された二つの
分電極で、外側の表面に固着される。また電極4d は、
分電極である各電極4a,4b に対応する一つの共通電極
で、内側の表面に固着される。なお、図7(a) における
外側の表面に固着される電極4c は、共通電極である電
極4d と一体化されて出力取出し部の役目をする。出力
取出しは、内側の電極4d の部分からは困難なので、電
気的に等価な外側の電極4c からおこなうわけである。
このようにして出力信号は、各電極4a,4b と、電極4
cを介して電極4d との間からそれぞれ取り出される。
したように、圧電素子4からは、図6に示した柱状体3
c に作用する、この柱状体3c の軸線と流れ方向Qとに
直角なY−Y方向(揚力方向)の交番力だけ、言いかえ
れば、流体の流速流量だけに対応する出力信号が、周知
の電子回路によって2倍される形で取り出されることに
なる。このことは測定の感度,精度の向上に役立つ。
素子4をフランジ部3a の表面に固定するのに、接着方
式がとられた。接着方式は、小さい部品ではあるし、加
圧し加熱するため、作業性が悪く、工数もかかりコスト
も増す。また、有機系の接着剤を用いることが多いの
で、高温の流体を測定する場合には、接着剤の剛性が低
下するとともに、圧電素子4の耐熱性の限界のために、
感度が低くなるという問題も起こす。要するに、耐熱性
の点で種々問題がある。
の問題点を解消し、振動や衝撃の影響を補償するととも
に、渦周波数センサの耐熱性の向上を図るカルマン渦流
量計を提供することにある。
渦流量計は、被測定流体が流れる管路の側壁の表面に固
定されるダイヤフラムとしてのフランジと;このフラン
ジの前記側壁表面からこの側壁を貫通して前記管路の内
部に伸びる形で設けられる渦発生体と;前記フランジの
前記側壁とは逆側に設けられるバランスウェイトと;前
記フランジの表面に固着され、これとともに変形する可
動電極と;この可動電極に近接対向する固定電極と;を
有する検出体を備え、前記渦発生体が外部振動を受けた
ときの前記フランジの箇所に関する慣性曲げモーメント
と、前記バランスウェイトが前記外部振動を受けたとき
の前記フランジの箇所に関する慣性曲げモーメントとが
互いに同じ大きさで逆方向になるとともに、前記可動,
固定の各電極間に形成される静電容量に基づいて前記被
測定流体の流速流量が測定される。
項1に記載の流量計において、可動,固定の各電極のい
ずれか一方が、中心部に円形中空部をもつ円板状電極
で、他方が、中心を通り被測定流体の流れ方向と一致す
る直線を挟んで対称的な、中心部に半円形中空部をもつ
半円板状電極の一対からなる。
項1または2に記載の流量計において、フランジと、バ
ランスウェイトと、可動電極とを共通に覆い、固定電極
を内面に固着させるとともに、内部空間が真空であるカ
バーを備える。
流量計では、渦発生体が外部振動を受けたときのフラン
ジの箇所に関する慣性曲げモーメントが、バランスウェ
イトが同じ外部振動を受けたときのそれによって相殺さ
れ、しかもフランジの変形に応じて可動,固定の各電極
間に形成される静電容量が変化するから、この静電容量
変化の周波数は、外部振動の影響が除去されてカルマン
渦の振動数だけに対応する。
は、円板状電極と、各半円板状電極とによって形成され
る各静電容量が電子回路によって差動的に取り出され
る。また、とくに請求項3に係るカルマン渦流量計で
は、カバー内部が真空でその誘電率が変化しないから、
出力感度が流体温度によって影響されない。
ついて、以下に図を参照しながら説明する。図1は実施
例の要部つまり静電容量式渦周波数センサ関連部の断面
図である。図1において、フランジ部3aの上面に、絶
縁板21を介して可動電極22が固着される。フランジ
部3a,支柱部3e,ウェイト3fを共通に覆う形で、
カバー26が基板2aの上面に固定され、内部空間を真
空にしてある。このカバー26の内面に、可動電極21
に近接対向する形で一対の各固定電極24,25が、共
通な絶縁板23を介して固着される。各絶縁板21,2
3、可動電極22、各固定電極24,25以外の部材
は、従来例におけるのと同じであるから、同じ符号を付
け、とくに説明しない。可動電極22と、各固定電極2
4,25とについては詳しく後述する。ここで、各電極
の符号を付けてないリード線は、カバー26の壁を貫通
する箇所で気密にハーメチックシールされる。
図3は同じくその固定電極の表面図である。図2におい
て、可動電極22は、中心部に円形中空部をもつ円板状
をなし、その右側の外周部に符号を付けてないリード線
用接続部がある。図3において、各固定電極24,25
は、それぞれ形状が中心部に半円形中空部をもつ半円板
状をなし、その一対が、中心を通り流れ方向Qと一致す
る直線を挟んで対称的に配置される。各固定電極24,
25には、それぞれの上側,下側の各外周部に符号を付
けてないリード線接続部がある。次に可動電極22と、
各固定電極24,25とによって形成される二つの静電
容量に基づいて、渦周波数を求める方法について説明す
る。
回路図である。図4において、C1は、図2,図3にお
ける可動電極22と、固定電極24とによって形成され
る静電容量、C2は、図2,図3における可動電極22
と、固定電極25とによって形成される静電容量、であ
る。27,28はそれぞれC/V変換器で、各静電容量
C1,C2を電圧に変換する。差動回路29は、変換さ
れた各電圧信号の差値を求め、この出力が渦周波数に対
応する。言いかえれば、各静電容量C1,C2が差動回
路29により差動的に取り出されるから、検出の感度が
向上する。
ると、一つには、カバー26の内部が真空で、各電極の
間隙を構成する誘電体の誘電率が変化しないから、図4
の差動回路29の出力感度が流体温度によって影響され
ることがない。したがって、流体温度に変化があって
も、常に安定した感度で流速の測定ができる。もう一つ
には、図1においては、可動電極側が一体形、固定電極
側が一対の分割形をとっているが、関係が逆であって
も、すなわち、可動電極側を一対の分割形に、固定電極
側を一体形にしても検出原理としては同様である。しか
し、製作面で違いがある。図1の方式では、可動電極側
からのリード線が1個であるが、逆の方式では2個にな
り、とくにカバー26の壁を貫通させてハーメチックシ
ールする作業が困難であるから、図1の方式がすぐれ
る。なお、固定電極側はリード線が1個でも2個でも、
カバー26の壁を貫通させてハーメチックシールする作
業が単独にできるから容易で、とくに差がない。
マン渦流量計では、渦発生体が外部振動を受けたときの
フランジの箇所に関する慣性曲げモーメントが、バラン
スウェイトが同じ外部振動を受けたときのそれによって
相殺され、しかもフランジの変形に応じて可動,固定の
各電極間に形成される静電容量が変化するから、この静
電容量変化の周波数は、外部振動の影響が除去されてカ
ルマン渦の振動数だけに対応する。したがって、振動や
衝撃の影響を受けない正確な流速流量の測定が可能とな
るとともに、カルマン渦の振動数を検出するセンサが静
電容量式であるから、耐熱性の向上が図れる。
は、円板状電極と、各半円板状電極とによって形成され
る各静電容量が電子回路により差動的に取り出されるか
ら、検出の感度が向上する。また、とくに請求項3に係
るカルマン渦流量計では、カバー内部が真空でその誘電
率が変化しないから、出力感度が流体温度によって影響
されることがなく、流体温度に変化があっても、常に安
定した感度で流速の測定ができる。
面図、(b)はその裏面図
し、(a) は渦力による曲げモーメントの模式図、(b) は
外部振動による慣性曲げモーメントの模式図
Claims (3)
- 【請求項1】被測定流体が流れる管路の側壁の表面に固
定されるダイヤフラムとしてのフランジと;このフラン
ジの前記側壁表面からこの側壁を貫通して前記管路の内
部に伸びる形で設けられる渦発生体と;前記フランジの
前記側壁とは逆側に設けられるバランスウェイトと;前
記フランジの表面に固着され、これとともに変形する可
動電極と;この可動電極に近接対向する固定電極と;を
有する検出体を備え、 前記渦発生体が外部振動を受けたときの前記フランジの
箇所に関する慣性曲げモーメントと、前記バランスウェ
イトが前記外部振動を受けたときの前記フランジの箇所
に関する慣性曲げモーメントとが互いに同じ大きさで逆
方向になるとともに、前記可動,固定の各電極間に形成
される静電容量に基づいて前記被測定流体の流速流量が
測定される構成にしたことを特徴とするカルマン渦流量
計。 - 【請求項2】請求項1に記載の流量計において、可動,
固定の各電極のいずれか一方は、中心部に円形中空部を
もつ円板状電極で、他方は、中心を通り被測定流体の流
れ方向と一致する直線を挟んで対称的な、中心部に半円
形中空部をもつ半円板状電極の一対からなることを特徴
とするカルマン渦流量計。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の流量計におい
て、フランジと、バランスウェイトと、可動電極とを共
通に覆い、固定電極を内面に固着させるとともに、内部
空間が真空であるカバーを備えることを特徴とすること
を特徴とするカルマン渦流量計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3159276A JP2976592B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | カルマン渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3159276A JP2976592B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | カルマン渦流量計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0510795A JPH0510795A (ja) | 1993-01-19 |
JP2976592B2 true JP2976592B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=15690249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3159276A Expired - Fee Related JP2976592B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | カルマン渦流量計 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2976592B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP3159276A patent/JP2976592B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0510795A (ja) | 1993-01-19 |
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