JP3002778B1

JP3002778B1 - カルマン渦超音波流量計装置

Info

Publication number: JP3002778B1
Application number: JP10364102A
Authority: JP
Inventors: 昭広榎本; 博史中久保; 昭男吉野; 秀一和久井
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-01-24
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP2000186950A

Abstract

【要約】【課題】装置全体が小型化出来、組立て工事費が低減
出来るカルマン渦超音波流量計装置を提供する。【解決手段】測定管路に挿入された柱状の渦発生体を
有しこの渦発生体により発生する渦周波数を検出して流
量を測定するカルマン渦超音波流量計と、このカルマン
渦超音波流量計の下流に設けられたバルブとを具備する
カルマン渦超音波流量計装置において、前記カルマン渦
超音波流量計の下流側端部に前記バルブの上流側端部が
直接取り付けられた事を特徴とするカルマン渦超音波流
量計装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置全体が小型化
出来、組立て工事費が低減出来るカルマン渦超音波流量
計装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来より一般に使用されている
カルマン渦流量計装置に使用されるカルマン渦流量計の
構成説明図で、例えば、特開平３−０２０６１８号（特
願平１−０３３２５６号）に示されている。

【０００３】図において、管路１０は測定流体ＦＬ。が
流れる管路である。ノズル１１は管路１０に直角に設け
られ円筒状をなす。渦発生体１２は、ノズル１１とは隙
間を保って、管路１０に直角に挿入され、台形断面を有
し、柱状をなす。

【０００４】渦発生体１２の一端は、ネジ１３により管
路１０に支待され、他端はフランジ部１４でノズルｌｌ
にネジ或いは溶接により固定されている。凹部１５は、
渦発生体１２のフランジ部１４側に設けられている。

【０００５】この凹部１５の中には、その底部から順
に、全属製の第１コモン電極１６、圧電素子１７、電極
板１８、絶縁板１９、電極板２０、圧電素子２１が、サ
ンドイッチ状に配列され、全属製の押圧棒２２により、
これ等は押圧固定されている。さらに、電極板１８から
は、リード線２３、電極板２０からはリード線２４が、
それぞれ端子Ａ、Ｂに引さ出されている。

【０００６】圧電素子１７、２１は、各圧電素子１７、
２１の紙面に向かって左側と右側とがそれぞれ逆方向に
分極されており、同じ方向の応力に対して互いに上下の
電極に逆極性の電荷を発生する。

【０００７】圧電素子１７に発生した電荷は、電極板１
８と接続された端子Ａと、第１コモン電極１６を介して
接続された管路１０との間に得られ、圧電素子２１に発
生した電荷は、電極板２０と接続された端子Ｂと、押圧
棒２０と接続された管路１０との間に得られる。

【０００８】この２個の電極板１８、２０に発生した電
荷は、図７に示すように電荷増幅器２５、２６に入力さ
れる。電荷増幅器２５の出力と、電荷増幅器２６の出力
をポリウム２７を介した出力とを、加算器２８で加算し
て流量信号を得る。

【０００９】この流量信号は、例えば、電流出力に変換
されて、２線を介して負荷に伝送される（図示せす）。
次に、以上のように構成された渦流量計の動作につい
て、図８と図９とを用いて説明する。

【００１０】測定流体FLoが管路１０の中に流れると、
渦発生体１２に矢印Ｆで示した方向にカルマン渦による
振動が発生する。この振動により禍発生体１２には、図
８（ａ）に示すような応力分布と、この逆の応力分布の
繰返しが生じる。

【００１１】各圧電素子１７、２１には、図８（ａ）に
示す渦周渡数を持つ信号応力に対応した電荷十Ｑ、一Ｑ
の繰返しが生じる。なお、図８においては、説明の便宣
のため、電極板１８或いは２１を紙面に対して左石に２
つに分割し、かつ、上下の一方の電極は、第１コモン電
極１６あるいは押圧棒２２に相当するものとしてある。

【００１２】一方、管路１０には、ノイズとなる管路振
動も生じる。この管路振動は、流体の流れと同じ方向
の抗力方向、流体の流れとは直角方向の揚力方向、
禍発生体の長手方向の３方向成分に分けられる。

【００１３】このうち、抗力方向の振動に対する応力分
布は、図８（ｂ）に示すようになり、ｌ個の電極内で正
負の電荷は打ち消されて、ノイズ電荷は発生しない。ま
た、長手方向の振動に対しては、図８（ｃ）に示すよう
に、電極内で打ち消されて、抗力方向と同様にノイズ電
荷は発生しない。

【００１４】しかし、揚力方向の振動は、信号応力と同
一の応力分布となり、ノイズ電荷が生じる。そこで、こ
のノイズ電荷を消去するために、以下の演算を実行す
る。

【００１５】圧電素子１７、２１の各電荷をＱ₁、Ｑ₂、
信号成分をＳ₁、Ｓ₂、揚力方向のノィズ成分をＮ₁、Ｎ₂
とし、圧電素子１７、２１で分極を逆とすると、Ｑ₁、
Ｑ₂は次式で示される。

【００１６】Ｑ₁＝Ｓ₁＋Ｎ₁ −Ｑ₂＝−Ｓ₂−Ｎ₂ ただし、Ｓ₁とＳ₂、Ｎ₁とＮ₂のベクトル方向は同じであ
る。

【００１７】ここで、圧電素子１７，２１の信号成分と
ノイズ成分の開係は、図９（この図は揚力方向のノイズ
と、信号に対する渦発生体の曲げモーメントの開係を示
す）に示すようになっている。

【００１８】従って、図７に示すように、圧電素子１７
側の電荷増幅器２５の出力を、加算器２８で加算する際
に、ポリウム２７と共に、Ｎ₁／Ｎ₂倍して、圧電素子２
１側の電荷増幅器２６の出力と加算すると、Ｑ₁−Ｑ₂（Ｎ₁／Ｎ₂）＝Ｓ₁−Ｓ₂（Ｎ₁／Ｎ₂）となり管路ノイズは除去される。

【００１９】次に、上記のような渦流量計１とバルブ２
とを組み合わせた渦流量計装置においては、図１０に示
す如く、渦流量計１の上流側には、管路１０の直径Dの
２０倍以上の直管長L₁、下流側には、管路１０の直径Dの
５倍以上の直管長L₂が必要とされる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置においては、直管長L₁， L₂が必要とされるの
で、装置の小型化が困難である。また、据え付け工事費
も高くなる。

【００２１】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、装置全体が小型化出来、組立て工事費が低減出来
るカルマン渦超音波流量計装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、請求項１においては、測定管路
に挿入された柱状の渦発生体を有しこの渦発生体により
発生する渦周波数を検出して流量を測定するカルマン渦
超音波流量計と、このカルマン渦超音波流量計の下流に
設けられたバルブとを具備するカルマン渦超音波流量計
装置において、前記カルマン渦超音波流量計の下流側端
部に前記バルブの上流側端部が直接取り付けられた事を
特徴とする。

【００２３】この結果、測定渦波形に乱れや抜けも認め
られず、安定したデータが得られた。したがって、カル
マン渦超音波流量計の下流側の直管部分を省略出来るカ
ルマン渦超音波流量計装置が得られる。

【００２４】本発明の請求項２においては、請求項1記
載のカルマン渦超音波流量計装置において、前記カルマ
ン渦超音波流量計と前記バルブとが最初から一体に構成
された事を特徴とする。

【００２５】この結果、更に、装置全体が小型化出来、
組立て工事費が低減出来るカルマン渦超音波流量計装置
が得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の一実施例の要部構成説明図で
ある。

【００２７】図１において、カルマン渦超音波流量計３
１の下流側端部３１１に、バルブ２の上流側端部２１１
が直接取り付けられている。

【００２８】ここにおいて、カルマン渦超音波流量計３
１は、測定管路１０に挿入された柱状の渦発生体を有
し、この渦発生体により発生する渦周波数を検出して流
量を測定するカルマン渦流量計である。バルブ２、この
場合は、グローブバルブが使用されている。

【００２９】以上の構成において、測定流体FLoの流速
０．３ｍ／ｓから３．５ｍ／ｓまでの流量域について、
測定渦周波数の出力波形を測定した。図２は流速０．７
ｍ／ｓ、図３は流速２．４ｍ／ｓ、図４は流速３．５ｍ
／ｓでの測定結果を示す。

【００３０】図２から図４の（A），（B）において、オ
シロスコープにより、渦周波数（A）とそれをパルス化
した波形（B）を示す。図２から図４において、横軸は
時間、縦軸は電圧を表わす。

【００３１】この結果、測定渦波形に乱れや抜けも認め
られず、安定したデータが得られた。したがって、カル
マン渦超音波流量計１１の下流側の直管部分を省略出来
るカルマン渦超音波流量計装置が得られる。

【００３２】即ち、装置全体が小型化出来、組立て工事
費が低減出来るカルマン渦超音波流量計装置が得られ
る。

【００３３】図５は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。本実施例においては、カルマン渦超音波流量
計４１とバルブ４２とが最初から一体のカルマン渦超音
波流量計装置４０に構成されたものである。更に、装置
全体が小型化出来、組立て工事費が低減出来るカルマン
渦超音波流量計装置が得られる。

【００３４】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、次のような効果がある。カルマン渦超音波流
量計の下流側端部に、バルブの上流側端部が直接取り付
けられたので、カルマン渦超音波流量計の下流側の直管
部分を省略出来るカルマン渦超音波流量計装置が得られ
る。

【００３６】即ち、装置全体が小型化出来、組立て工事
費が低減出来るカルマン渦超音波流量計装置が得られ
る。

【００３７】本発明の請求項２によれば、次のような効
果がある。カルマン渦超音波流量計と前記バルブとが最
初から一体に構成されたので、更に、装置全体が小型化
出来、組立て工事費が低減出来るカルマン渦超音波流量
計装置が得られる。

【００３８】従って、本発明によれば、装置全体が小型
化出来、組立て工事費が低減出来るカルマン渦超音波流
量計装置を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の動作説明図である。

【図３】図１の動作説明図である。

【図４】図１の動作説明図である。

【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図６】従来より一般に使用されているカルマン渦流量
計装置に使用されるカルマン渦流量計の構成説明図であ
る。

【図７】図６の電気回路図である。

【図８】図６の動作説明図である。

【図９】図６の動作説明図である。

【図１０】従来より一般に使用されている従来例の要部
構成説明図である。

【符号の説明】

２バルブ２１１上流側端部１０管路１１ノズル１２渦発生体１３ネジ１４フランジ部１５凹部１７圧電素子１９絶縁板２１圧電素子２２押圧棒２３リード線２４リード線２５電荷増幅器２６電荷増幅器２７ポリウム２８加算器３１カルマン渦超音波流量計３１１下流側端部４０カルマン渦超音波流量計装置４１カルマン渦超音波流量計４２バルブＡ端子Ｂ端子ＦＬｏ測定流体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定管路に挿入された柱状の渦発生体を有
しこの渦発生体により発生する渦周波数を検出して流量
を測定するカルマン渦超音波流量計と、このカルマン渦超音波流量計の下流に設けられたバルブ
とを具備するカルマン渦超音波流量計装置において、前記カルマン渦超音波流量計の下流側端部に前記バルブ
の上流側端部が直接取り付けられた事を特徴とするカル
マン渦超音波流量計装置。
【請求項２】前記カルマン渦超音波流量計と前記バルブ
とが最初から一体に構成された事を特徴とする請求項1
記載のカルマン渦超音波流量計装置。