JP3069181B2 - 渦流量計用センサ - Google Patents
渦流量計用センサInfo
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- JP3069181B2 JP3069181B2 JP3330030A JP33003091A JP3069181B2 JP 3069181 B2 JP3069181 B2 JP 3069181B2 JP 3330030 A JP3330030 A JP 3330030A JP 33003091 A JP33003091 A JP 33003091A JP 3069181 B2 JP3069181 B2 JP 3069181B2
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Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、渦流量計用センサに関し、より
詳細には、渦発生体内に着脱可能に挿入され渦による変
動圧力を検知するセンサに関する。
詳細には、渦発生体内に着脱可能に挿入され渦による変
動圧力を検知するセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】周知のように渦流量計は流体の流れの中に
配設された渦発生体より単位時間当りに発生するカルマ
ン渦の数が所定のレイノルズ数範囲において流速に比例
することを利用した推測形の流量計である。そして、カ
ルマン渦の検出は小形でＳＮ比のよい渦検出が可能であ
ることから渦発生体に作用する渦による揚力変動を検知
する方式のものが多用されている。この方式では揚力は
流速の２乗に比例した量であるから測定流量範囲におい
て検出される渦信号の振幅は最小流量と、最大流量とで
は流量比の２乗で変化する極めて大きい比率になる。従
って流量範囲の広い渦流量計とするためには最小流量に
おける渦信号を如何に忠実に検知するかが問題になって
いる。このため、渦発生体に作用する揚力によるひずみ
を渦発生体内に一体に固着された弾性母材のひずみ変化
としてひずみゲージで検出する方法等が採用された。通
常、渦信号変換器は共通して使用され入出力信号レベル
が定められるから、この方法は、最大流量におけるひず
みを一定とするため渦発生体の大きさに応じて弾性母材
の大きさを口径毎に選択しなければならず、補修の面で
も非能率となった。
配設された渦発生体より単位時間当りに発生するカルマ
ン渦の数が所定のレイノルズ数範囲において流速に比例
することを利用した推測形の流量計である。そして、カ
ルマン渦の検出は小形でＳＮ比のよい渦検出が可能であ
ることから渦発生体に作用する渦による揚力変動を検知
する方式のものが多用されている。この方式では揚力は
流速の２乗に比例した量であるから測定流量範囲におい
て検出される渦信号の振幅は最小流量と、最大流量とで
は流量比の２乗で変化する極めて大きい比率になる。従
って流量範囲の広い渦流量計とするためには最小流量に
おける渦信号を如何に忠実に検知するかが問題になって
いる。このため、渦発生体に作用する揚力によるひずみ
を渦発生体内に一体に固着された弾性母材のひずみ変化
としてひずみゲージで検出する方法等が採用された。通
常、渦信号変換器は共通して使用され入出力信号レベル
が定められるから、この方法は、最大流量におけるひず
みを一定とするため渦発生体の大きさに応じて弾性母材
の大きさを口径毎に選択しなければならず、補修の面で
も非能率となった。
【０００３】これに対し、本出願人は、特公昭６３−３
１７２６号公報において渦発生体の大きさによらず同一
のセンサを着脱可能とする渦流量計を提案した。図４
（ａ），（ｂ）は、この従来の渦流量計を説明するため
の図で、図４（ａ）は流れ方向からみた断面図、図４
（ｂ）は図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。図中、２
１は管体、２２は渦発生体、２３は載断面、２４は圧力
室、２５は導圧孔、２６は円筒体、２７は弾性母材、２
８は圧電素子、２９は充填剤、３０は渦センサ、３１は
鍔部、３２はリード線である。
１７２６号公報において渦発生体の大きさによらず同一
のセンサを着脱可能とする渦流量計を提案した。図４
（ａ），（ｂ）は、この従来の渦流量計を説明するため
の図で、図４（ａ）は流れ方向からみた断面図、図４
（ｂ）は図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。図中、２
１は管体、２２は渦発生体、２３は載断面、２４は圧力
室、２５は導圧孔、２６は円筒体、２７は弾性母材、２
８は圧電素子、２９は充填剤、３０は渦センサ、３１は
鍔部、３２はリード線である。
【０００４】図示において、管体２１は被測定流体の流
通する配管に介装される本体で、直径上に渦発生体２２
が設けられている。渦発生体２２には管体２１を貫通し
た凹部が設けられ、該凹部は圧力室２４となっており、
圧力室２４の両側壁面に導圧孔２５が貫通し、被測定流
体に連通している。一方、圧力室２４には渦センサ３０
が挿入されている。渦センサ３０は、鍔部３１を有する
有底な円筒体状の振動管２６と、該振動管２６の底部に
受圧板２６ａが一体に形成され振動管２６内に同軸に嵌
挿された弾性母材２７と、該弾性母材２７の両側面に貼
着された圧電素子２８，２８と、振動管２６内に弾性母
材２７を一体固着する充填材２９及びリード線３２とか
らなっている。
通する配管に介装される本体で、直径上に渦発生体２２
が設けられている。渦発生体２２には管体２１を貫通し
た凹部が設けられ、該凹部は圧力室２４となっており、
圧力室２４の両側壁面に導圧孔２５が貫通し、被測定流
体に連通している。一方、圧力室２４には渦センサ３０
が挿入されている。渦センサ３０は、鍔部３１を有する
有底な円筒体状の振動管２６と、該振動管２６の底部に
受圧板２６ａが一体に形成され振動管２６内に同軸に嵌
挿された弾性母材２７と、該弾性母材２７の両側面に貼
着された圧電素子２８，２８と、振動管２６内に弾性母
材２７を一体固着する充填材２９及びリード線３２とか
らなっている。
【０００５】渦センサ３０は振動管２６の鍔部３１にお
いて管体に形成された載断面２３で管体２１に片持固着
される。渦による変動圧力は、導圧孔２５を介して圧力
室２４に導入され受圧板２６ａに作用する。変動圧力を
受けた受圧板２６ａは片持固着された位置まわりに変動
するが、この変動は、充填剤２９を介して圧電素子に伝
達され振動に応じた電気信号（電荷）をリード線３２よ
り出力される。
いて管体に形成された載断面２３で管体２１に片持固着
される。渦による変動圧力は、導圧孔２５を介して圧力
室２４に導入され受圧板２６ａに作用する。変動圧力を
受けた受圧板２６ａは片持固着された位置まわりに変動
するが、この変動は、充填剤２９を介して圧電素子に伝
達され振動に応じた電気信号（電荷）をリード線３２よ
り出力される。
【０００６】しかし、前記充填剤２９は、単に力伝達の
媒体ではなく絶縁性が要求される。一般に絶縁抵抗は温
度により変化し、高温では低下するので充填剤２９とし
てガラス等が用いられる。ガラスは含有成分によっても
異なるが通常融点が高く、均一に充填するためには充分
脱気する必要があり振動管は長時間高温に晒される。こ
の結果、振動管の構成材料は疲労強度は低下する傾向に
ある。更に、ガラスとの膨張係数の差により残溜ひずみ
が多いので疲労強度は更に低下する。また、ガラスが介
在することにより振動管の曲げ剛性は高くなり感度も低
下するという問題があった。
媒体ではなく絶縁性が要求される。一般に絶縁抵抗は温
度により変化し、高温では低下するので充填剤２９とし
てガラス等が用いられる。ガラスは含有成分によっても
異なるが通常融点が高く、均一に充填するためには充分
脱気する必要があり振動管は長時間高温に晒される。こ
の結果、振動管の構成材料は疲労強度は低下する傾向に
ある。更に、ガラスとの膨張係数の差により残溜ひずみ
が多いので疲労強度は更に低下する。また、ガラスが介
在することにより振動管の曲げ剛性は高くなり感度も低
下するという問題があった。
【０００７】
【目的】本発明は、上述のごとき問題点に鑑みなされた
もので、製造工程中に振動管を高温に曝すことなく、振
動管内に収納し長期安定な信頼度の高い、しかも高感度
な渦センサを安価に提供すること、更には、充填剤を除
くことで高温域特性を改善することを目的としてなされ
たものである。
もので、製造工程中に振動管を高温に曝すことなく、振
動管内に収納し長期安定な信頼度の高い、しかも高感度
な渦センサを安価に提供すること、更には、充填剤を除
くことで高温域特性を改善することを目的としてなされ
たものである。
【０００８】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
軸方向に形成した凹部を圧力室とし該圧力室の両側壁面
より被測定流体に連通する導圧孔を有する渦発生体と、
一端に鍔部を有する有底の管体を前記圧力室に挿入し、
前記鍔部において渦発生体に圧力室側で片持支持される
振動管と、該振動管内に装着され振動管に作用する渦に
よる交番振動を検出する振動検出部とからなる渦流量計
において、該振動検出部を少くとも一対の平行な側面を
有する導電性の弾性母材と、該弾性母材の一端に固着さ
れた絶縁端子台と、弾性母材の他端に固着され両端が前
記圧力室に圧接可能な長さを有する支持板と、弾性母材
の両側面に導電性接着剤により固着され非接着面に導電
性膜を形成した圧電素子と、該圧電素子における各々の
導電性膜および弾性母材に接続し前記絶縁端子台を介し
て圧電素子の電気信号を出力するリード電極とを一体に
構成し、前記振動検出部を絶縁端子部が前記振動管の鍔
部に、支持板を管体底部に接合したこと、更には、
（２）前記（１）において、支持板を流れに垂直な方向
に長い短柵状の薄板弾性材とし、該支持板端部を管体底
部より僅かに離れた壁面に固着したことを特徴とするも
のである。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
軸方向に形成した凹部を圧力室とし該圧力室の両側壁面
より被測定流体に連通する導圧孔を有する渦発生体と、
一端に鍔部を有する有底の管体を前記圧力室に挿入し、
前記鍔部において渦発生体に圧力室側で片持支持される
振動管と、該振動管内に装着され振動管に作用する渦に
よる交番振動を検出する振動検出部とからなる渦流量計
において、該振動検出部を少くとも一対の平行な側面を
有する導電性の弾性母材と、該弾性母材の一端に固着さ
れた絶縁端子台と、弾性母材の他端に固着され両端が前
記圧力室に圧接可能な長さを有する支持板と、弾性母材
の両側面に導電性接着剤により固着され非接着面に導電
性膜を形成した圧電素子と、該圧電素子における各々の
導電性膜および弾性母材に接続し前記絶縁端子台を介し
て圧電素子の電気信号を出力するリード電極とを一体に
構成し、前記振動検出部を絶縁端子部が前記振動管の鍔
部に、支持板を管体底部に接合したこと、更には、
（２）前記（１）において、支持板を流れに垂直な方向
に長い短柵状の薄板弾性材とし、該支持板端部を管体底
部より僅かに離れた壁面に固着したことを特徴とするも
のである。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００９】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の渦流量計
用センサにおける構造を説明するための図で、図１
（ａ）は流れ方向から見た断面図、図１（ｂ）は矢視Ａ
方向の部分図であり、図中、１は渦センサ、２は鍔部、
３は円筒状の振動管、４は受圧板、５は振動検出部、６
は弾性母材、７は絶縁端子台、８は支持板、９は圧電素
子、１０，１１はリード電極である。
用センサにおける構造を説明するための図で、図１
（ａ）は流れ方向から見た断面図、図１（ｂ）は矢視Ａ
方向の部分図であり、図中、１は渦センサ、２は鍔部、
３は円筒状の振動管、４は受圧板、５は振動検出部、６
は弾性母材、７は絶縁端子台、８は支持板、９は圧電素
子、１０，１１はリード電極である。
【００１０】図示の渦センサ１（以下単にセンサと呼
ぶ）は振動管３と振動検出部５とからなり、図４に図示
した従来の渦流量計に共通して使用可能である。従って
センサ１の適用される渦流量計は被測定流体の流通する
配管に介装される筒状の本体に渦発生体を配設した方式
のもので、渦発生体は図４の渦発生体２２と同様のもの
で、該本体の管壁を貫通し、軸方向に形成した凹部を圧
力室２４とし該圧力室２４の両側壁面より被測定流体に
連通する導圧孔２５を有する渦発生体を有している。振
動管３は、一端に鍔部２を有する底部３ｂを有する管体
で、該振動管３を前記渦発生体の圧力室２４に挿入し、
鍔部２において渦発生体２２に圧力室側で取付孔２ａを
介してボルト等で本体に片持支持される。また、振動管
３内には振動管３に作用する渦による交番振動を検出す
る振動検出部５が装着される。
ぶ）は振動管３と振動検出部５とからなり、図４に図示
した従来の渦流量計に共通して使用可能である。従って
センサ１の適用される渦流量計は被測定流体の流通する
配管に介装される筒状の本体に渦発生体を配設した方式
のもので、渦発生体は図４の渦発生体２２と同様のもの
で、該本体の管壁を貫通し、軸方向に形成した凹部を圧
力室２４とし該圧力室２４の両側壁面より被測定流体に
連通する導圧孔２５を有する渦発生体を有している。振
動管３は、一端に鍔部２を有する底部３ｂを有する管体
で、該振動管３を前記渦発生体の圧力室２４に挿入し、
鍔部２において渦発生体２２に圧力室側で取付孔２ａを
介してボルト等で本体に片持支持される。また、振動管
３内には振動管３に作用する渦による交番振動を検出す
る振動検出部５が装着される。
【００１１】振動検出部５の詳細は図２，図３に示す。
図２（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は振動検出部５の構造を説明
するための図で、図３は図２（ａ）の部分拡大図であ
る。図２（ａ）は流れ方向からみた正面図、図２（ｂ）
は側面図、図２（ｃ）は平面図であり、図１と等しい作
用の部分には同じ符号を付している。
図２（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は振動検出部５の構造を説明
するための図で、図３は図２（ａ）の部分拡大図であ
る。図２（ａ）は流れ方向からみた正面図、図２（ｂ）
は側面図、図２（ｃ）は平面図であり、図１と等しい作
用の部分には同じ符号を付している。
【００１２】図示において弾性母材６はステンレス鋼等
の弾性材からできており少くとも一対の平行面を有し、
該平行面には厚み方向に分極されたＬiＮbＯ3（ニオブ
酸リチウム）等の圧電素子９，９が金ペースト又は導電
性ガラス等の導電性接着剤１３により高温溶着して固着
される。金ペーストは金粉に少量のガラス粉を混合し、
溶媒により粘性体とした導電性接着剤で、弾性母材６と
圧電素子９とは金ペーストに含まれるガラスにより溶着
される。また、導電性ガラスは、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セ
レン）、Ｔｅ（テルル）等のカルコゲン元素を主成分と
して含むガラス、または遷移金属酸化物を含む酸化物ガ
ラス等である。このとき圧電素子９の接着面および非接
着面には予めＡｕ（金）等の酸化安定金属をスパッタリ
ングあるいは、イオンプレーテングすることにより金属
薄膜１４を形成しておく。
の弾性材からできており少くとも一対の平行面を有し、
該平行面には厚み方向に分極されたＬiＮbＯ3（ニオブ
酸リチウム）等の圧電素子９，９が金ペースト又は導電
性ガラス等の導電性接着剤１３により高温溶着して固着
される。金ペーストは金粉に少量のガラス粉を混合し、
溶媒により粘性体とした導電性接着剤で、弾性母材６と
圧電素子９とは金ペーストに含まれるガラスにより溶着
される。また、導電性ガラスは、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セ
レン）、Ｔｅ（テルル）等のカルコゲン元素を主成分と
して含むガラス、または遷移金属酸化物を含む酸化物ガ
ラス等である。このとき圧電素子９の接着面および非接
着面には予めＡｕ（金）等の酸化安定金属をスパッタリ
ングあるいは、イオンプレーテングすることにより金属
薄膜１４を形成しておく。
【００１３】弾性母材６の一端には支持板８が、電子ビ
ーム等で固着され他端には絶縁端子台７がガラス等で固
着されている。支持板８は圧接する程度、すなわち、振
動管１の管室３ａ内径と等しいか僅かに大きい金属の円
板または流れと垂直な方向に長い短柵状の円弧を有する
形状のもっている。また、絶縁端子台７は、セラミック
ス等の絶縁材で弾性母材６の平行面間の厚さと略等しい
厚さの板状体で、該板状体の外周７ａは振動管１の鍔部
２に設けられた支持穴２ｂと略々等しい径をもってい
る。また絶保端子台７には両端が突出するようにリード
電極ピン９が埋設され、圧電素子９，９の非接着面に設
けられた導電性膜と超音波によりワイヤボンディングさ
れプラス電極となる。一方リード電極ピン１０は絶縁端
子台７を貫通して弾性母材６に接続し共通電極となる。
ーム等で固着され他端には絶縁端子台７がガラス等で固
着されている。支持板８は圧接する程度、すなわち、振
動管１の管室３ａ内径と等しいか僅かに大きい金属の円
板または流れと垂直な方向に長い短柵状の円弧を有する
形状のもっている。また、絶縁端子台７は、セラミック
ス等の絶縁材で弾性母材６の平行面間の厚さと略等しい
厚さの板状体で、該板状体の外周７ａは振動管１の鍔部
２に設けられた支持穴２ｂと略々等しい径をもってい
る。また絶保端子台７には両端が突出するようにリード
電極ピン９が埋設され、圧電素子９，９の非接着面に設
けられた導電性膜と超音波によりワイヤボンディングさ
れプラス電極となる。一方リード電極ピン１０は絶縁端
子台７を貫通して弾性母材６に接続し共通電極となる。
【００１４】上述の振動検出部５は、図１（ａ）に図示
するように支持板８を管室３ａの底部にし、絶縁端子台
７の外周７ａを支持穴２ｂ内壁面で支持されるように振
動管３の管室３ａ内に両持支持するように圧接又は電子
ビーム等により振動管３の外周面より接合される。支持
板８の外径は圧接の場合は管室３ａよりも僅かに大き
く、溶接の場合は僅かに小さい径となる。
するように支持板８を管室３ａの底部にし、絶縁端子台
７の外周７ａを支持穴２ｂ内壁面で支持されるように振
動管３の管室３ａ内に両持支持するように圧接又は電子
ビーム等により振動管３の外周面より接合される。支持
板８の外径は圧接の場合は管室３ａよりも僅かに大き
く、溶接の場合は僅かに小さい径となる。
【００１５】また支持板８を流れに垂直な方向に長い短
柵状の薄板の弾性材として両端部を底部３ａより僅かに
離れた管室３ａ壁面に固着することにより振動検出部５
は実質的に片持支持された運動となり振動管の曲げ剛性
は小さくなり感度を増大する。
柵状の薄板の弾性材として両端部を底部３ａより僅かに
離れた管室３ａ壁面に固着することにより振動検出部５
は実質的に片持支持された運動となり振動管の曲げ剛性
は小さくなり感度を増大する。
【００１６】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、渦による変動圧力により単振動する振動管に製造工
程において加熱することがないので疲労強度が高く、更
には、振動検出部を固着するためのガラス等の充填剤が
なくなるので残溜ひずみもなくなり信頼性が向上し、更
には、振動管の曲げ剛性が小さくなるので高感度とな
り、軽量となり、高温域特性も改善される。
と、渦による変動圧力により単振動する振動管に製造工
程において加熱することがないので疲労強度が高く、更
には、振動検出部を固着するためのガラス等の充填剤が
なくなるので残溜ひずみもなくなり信頼性が向上し、更
には、振動管の曲げ剛性が小さくなるので高感度とな
り、軽量となり、高温域特性も改善される。
【図１】 本発明の渦流量計用センサにおける構造を説
明するための図である。
明するための図である。
【図２】 振動検出部５の構造を説明するための図であ
る。
る。
【図３】 図２（ａ）の部分拡大図である。
【図４】 従来の渦流量計を説明するための図である。
１…渦センサ、２…鍔部、３…振動管、４…受圧板、５
…振動検出部、６…弾性母材、７…絶縁端子台、８…支
持板、９…圧電素子、１０，１１…リード電極。
…振動検出部、６…弾性母材、７…絶縁端子台、８…支
持板、９…圧電素子、１０，１１…リード電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実公 平６−22171（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平６−22172（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平７−55461（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平７−55462（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/32
Claims (2)
- 【請求項１】 軸方向に形成した凹部を圧力室とし該圧
力室の両側壁面より被測定流体に連通する導圧孔を有す
る渦発生体と、一端に鍔部を有する有底の管体を前記圧
力室に挿入し、前記鍔部において渦発生体に圧力室側で
片持支持される振動管と、該振動管内に装着され振動管
に作用する渦による交番振動を検出する振動検出部とか
らなる渦流量計において、該振動検出部を少くとも一対
の平行な側面を有する導電性の弾性母材と、該弾性母材
の一端に固着された絶縁端子台と、弾性母材の他端に固
着され両端が前記圧力室に圧接可能な長さを有する支持
板と、弾性母材の両側面に導電性接着剤により固着され
非接着面に導電性膜を形成した圧電素子と、該圧電素子
における各々の導電性膜および弾性母材に接続し前記絶
縁端子台を介して圧電素子の電気信号を出力するリード
電極とを一体に構成し、前記振動検出部を絶縁端子部が
前記振動管の鍔部に、支持板を管体底部に接合したこと
を特徴とする渦流量計用センサ。 - 【請求項２】 支持板を流れに垂直な方向に長い短柵状
の薄板弾性材とし、該支持板端部を管体底部より僅かに
離れた壁面に固着したことを特徴とする請求項１記載の
渦流量計用センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330030A JP3069181B2 (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 渦流量計用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3330030A JP3069181B2 (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 渦流量計用センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142003A JPH05142003A (ja) | 1993-06-08 |
| JP3069181B2 true JP3069181B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=18227994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3330030A Expired - Fee Related JP3069181B2 (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 渦流量計用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3069181B2 (ja) |
-
1991
- 1991-11-19 JP JP3330030A patent/JP3069181B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05142003A (ja) | 1993-06-08 |
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