JP3195521B2 - 渦流量計 - Google Patents

渦流量計

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JP3195521B2 JP20061995A JP20061995A JP3195521B2 JP 3195521 B2 JP3195521 B2 JP 3195521B2 JP 20061995 A JP20061995 A JP 20061995A JP 20061995 A JP20061995 A JP 20061995A JP 3195521 B2 JP3195521 B2 JP 3195521B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、渦流量計に関し、
より詳細には、円筒状の本体部と、渦発生体部とを組合
せて、精密鋳造により一体構成した渦流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、渦流量計は、流路中に流
路軸と直角に設けられた渦発生体から単位時間に流出す
るカルマン渦の数が所定Re(レイノルズ)数範囲で流
量に比例することを利用した推測形の流量計である。こ
のような動作原理に基づく渦流量計は、被測流体が流れ
る流管に接続されるフランジ付、又はフランジレスの筒
状をした本体と、この本体に取り付けられた渦発生体
と、渦発生体から流出するカルマン渦を検出する渦検出
器および検出された渦信号を処理変換して流量信号を出
力する変換器とからなる簡単な構成をもっており、しか
も、単位時間に発生するカルマン渦の数は、カルマン渦
信号を変換して得られたディジタル信号として取り出さ
れ、気体・液体の種類に関係なく広い流量範囲に亘って
高精度な流量計測が可能であるなどの多くの特長をもっ
ている。
【0003】しかし、構造が簡単な渦流量計であって
も、特に、渦流量計を構成する渦発生体の形状および渦
発生体と本体の円筒流路の寸法比等が渦流量計の特性に
大きく影響することが知られており、これまで、これら
の問題を解明し、理想的な流量計に近づけるために多く
の提案がなされた。この中で、渦発体の断面形状が上
流側が底辺の二等辺三角形であり、本体内径Dに対する
渦発生体の幅dの比が0.28近傍、幅dに対する二等
辺三角形の高さの比が1〜1.5であるときがカルマン
渦を発生する最適な条件であるとされている。このよう
な条件を充たす従来の渦流量計として本出願人が提供し
た図,図に示す構造の渦流量計がある。
【0004】図は、従来の渦流量計の第1例を説明す
るための図で、図Aは、流れ方向からみた正面図、図
Bは、図Aの矢印B−B線断面図であり、図中、1
1は本体、12は流路、13は渦発生体である。
【0005】図に示す従来の渦流量計は、端面11a
が平行で直径Dの円形流路12を有する円筒状の本体1
1に、断面二等辺三角形状の渦発生体13を底辺13a
(幅d)が上流側となるように、円弧状の両端13aを
円形断面の流路壁12aに焼き嵌めして圧接固着したも
のである。このときの渦発生体13の幅dと流路径Dの
比(d/D)=0.28に選んである。
【0006】図は、従来(本出願人において従来)
渦流量計の第2例を説明するための図で、図Aは図
Bの矢視A−A線断面図、図Bは図Aの矢視B−B
線断面図であり、図中、21は本体、22は流路、23
は渦発生体、24は両端外側面、25,26はOリン
グ、27は押えリング、28はボルトである。
【0007】図に示す渦流量計は、渦発生体の幅dと
流路径Dとの比(d/D)は、図の場合と同様0.2
8に定められているが、渦発生体23を、円筒状の本体
21を貫通して固着する固着方式のものである。本体2
1には、流路22の軸直角で断面を等分に分割する軸上
に透孔21b,21c,21dを有し、渦発生体23に
は、上記透孔にOリング25,26でシールされ、各々
挿通される円柱部分23b,23c,23dを有し、渦
発生体23は流路22内に位置する部分が二等辺三角形
で、両端部が円である異形断面形状を有して、本体21
に鍔部23aと押えリング27とでボルト28により係
止される。このため、渦発生体23を流路22の上流側
からみた図Aの場合、流路22内の渦発生体23は、
二等辺三角形の底面である矩形部分と、流路22の一部
壁面の円弧部分と前記矩形の短辺部分とで形成された円
弧部分とで構成されている。
【0008】渦流量計は流量計として、より広い流量範
囲に亘って器差が安定して高精度であることが求められ
る。
【0009】図,図に示した従来の渦流量計は、渦
発生体の形状、および渦発生体と本体流路との寸法比等
が最適に定められる。器差は、Re数が2×104〜1
7範囲で±1%の範囲内にあるが、図に示した渦発
生体32は、端部外側24が平面をなし、流路22に円
弧状突起24aを有しており、通常の渦流量計では、小
Re数で漸増する器差は、図に示した渦流量計では小
さくなり、前記Re数範囲内で±0.5%の器差を可能
とする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図に示した従来の渦
流量計は、円筒状の本体11に渦発生体13を焼嵌めし
て作られるので、構成および製作が簡単であるが、流量
器差特性は、図に示した渦流量計に対し劣る。しか
し、構造の面からみると、渦発生体23は、円柱部と二
等辺三角形部とからなる複数段の断面形状をもち、この
渦発生体23を取り付ける本体21も、渦発生体23の
形状に対応して渦発生体23を挿入するための穿孔をし
なければならない。この結果、流量計としての特性は優
れているが製造コストが嵩み、高価となるという課題が
あった。
【0011】本発明は、優れた器差特性を保持しながら
安価な渦流量計を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】発明は、被測流体が流
れる流管に接続され円筒状の流路を有する筒状の本体部
と、前記流路の軸に直角で、両端が前記本体部の流路内
壁に一体接続された渦発生体部を有し、該渦発生体部か
ら単位時間当りに発生するカルマン渦の数から流量を求
める渦流量計において、前記渦発生体部は、断面形状が
軸方向に一定な上流側が底辺となる二等辺三角形状の柱
状体で、前記流路内壁に接続される端部は、前記渦発生
体の軸に直角な前記二等辺三角形に外接する円形平面と
前記流路内壁の円弧面とで構成され、前記流路の流れ方
向に円弧状に突起した円弧突起部を有し、該渦発生体部
と前記本体部と前記円弧突起部とを精密鋳造により一体
に形成して、優れた特性をもち、安価な渦流量計を提供
することを特徴としたものである。
【0013】
【0014】
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による渦流量計の
第1の実施の形態を説明するための図で、図1Aは平面
図、図1Bは後流側からみた正面図、図1Cは図1Bの
矢視C−C線断面図であり、図中、1は本体部、2は流
路、3は渦発生体部、4は円弧突起部である。
【0016】図1において、本体部1は、軸O−O′と
同軸な内径Dの流路2を有する円筒状体であり、流管
(図示せず)のフランジ間に、流管と同軸に挟持されボ
ルト等により圧接される所謂フランジレスの本体の例で
あり、フランジ面に平行な端面1a,1aを有し、円筒
流路2内には、軸O−O′と直角で流路2を等分する3
角柱状の渦発生体部3を設けている。渦発生体部3は、
断面一定な柱状体で断面形状は、軸O−O′上において
被測流体がOからO′に向けて流れるとき、流れに面し
た辺が長さdの底辺3aで斜辺3b,3cを有する二等
辺三角形であるが、流路2の壁面2aと接続する両端側
は、各々渦発生体部3の軸に直角な前記二等辺三角形を
外接する円形面である外側端面4aと流路2の円弧4b
とで囲まれた円弧突起部4となっている。また、渦発生
体部3には、渦信号をカルマン渦の発生に伴って生ずる
圧力変動として検出するため、渦発生体部3の外部から
軸方向に挿入された圧力検出器(図示せず)に前記変動
圧力を印加するための圧力導入口となる対をなす複数対
の圧力導入口3d,3d,3e,3eを設けている。し
かし、圧力導入口3d,3eは渦検出手段が異なれば不
要である。
【0017】図1に示した渦流量計の渦発生体部3の流
れ方向の幅dと円筒状の流路2の内径Dとの寸法比およ
び渦発生体3の形状の好ましい値は、寸法比(d/D)
が0.25〜0.30で渦発生体3の二等辺三角形の斜辺
3b,3cの軸O−O′に対する傾斜角が所定の角度範
囲であり、円弧突起部4を有することにより、渦発生体
部3から流出するカルマン渦による渦柱は、渦発生部3
と略平行して剥離し、実質的に2次元のカルマン渦とな
り、器差に対するRe特性は、格段に向上する。
【0018】図1に示した渦流量計の本体部1と渦発生
体部3と円弧突起部4は精密鋳造、例えば、ロストワッ
クス法(インベストメントカスト法)により一体に成形
される。ロストワックス法は、例えば、密ろう、松脂等
からなる熱可溶性の物質により渦流量計の模型を作り、
これを、けい砂、石灰粉末等からなる耐火材料で被覆
後、加熱して熱可溶性の模型を溶出し、空洞となった模
型部に、例えば、ステンレス鋼の鋳造金属を注入固化
後、耐火材料を取り除く。鋳造された渦流量計の表面は
サンドブラスト等により平滑面となるように表面処理さ
れる。
【0019】表面処理された渦流量計は、センサが圧力
検出方式で、例えば、フランジを有する圧力センサの場
合、圧力センサ(図示せず)を固着するセンサ取付面1
bの平面仕上加工、および渦発体部3の軸方向に圧力導
入口3e,3d,と連通するセンサ挿入口(図示せず)
を穿孔する孔加工の簡単な加工を施すだけで、所定の器
差特性を有する渦流量計ができる。
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下の効果がある。発生体部と本体部と
が、精密鋳造により一体に鋳造され、センサ取付のため
の僅かな加工を施すだけの簡単な作業により、安価な渦
流量計要部が得られ、且つ、渦発生体部の端部にカルマ
ン渦を2次元的に発生させるために有効な円弧突起部を
設けたので、広い流量範囲で優れた器差精度をもつ渦流
量計を安価に提供することができる。
【0027】
【0028】
【0029】
【実施例】図は、本発明による渦流量計の配管形状に
よる器差影響の実施例を説明するための図であり、横軸
は配管径DのN(整数)倍、横軸は上流直管長が40D
の配管条件で得られたメータ定数K0(l/p:リッタ
/パルス)に対する相対誤差((K−K0)/K0)×1
00%をあらわしている。
【0030】試験に供された渦流量計は、渦発生体部
が、長さD=150mm(d/D)=0.28,(l/
d)=1.25円弧突起部6の長l=8mm,高さh=
7mm,および9mmの2種類であり、試験条件は試験
流は水、Re数:3×106で、上流側配管が40Dの
直管配管で行った試験結果得られたメータ定数K0に対
し、上流側配管が90°エルボ、又は立体2重エルボの
後流側に設けられた長管長をパラメータとして得られた
相対器差((K−K0)/K0)%をあらわした結果であ
る。
【0031】図に示した結果によると、90°エル
ボ、および立体2重エルボの場合も上流直管長が5Dで
は、相対器差は−1%を越すが、10D以上では、±
0.5%以内の相対器差となり、それ以上の配管長であ
れば、相対器差は略無視される程度であり、最も器差影
響を受け易い立体2重エルボでも、充分満足した高安定
な器差渦流量が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による渦流量計の第1実施の形態を説
明するための図である。
【図2】 本発明による渦流量計の配管形状による器影響
の実施例を説明するための図である。
【図3】 従来の渦流量計の第1例を説明するための図
である。
【図4】 従来(本出願人において従来)の渦流量計の
第2例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…本体部、2…流路、3…渦発生体部、4…円弧突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−296805(JP,A) 特開 平6−34405(JP,A) 特開 平1−250726(JP,A) 特開 平1−212318(JP,A) 特公 昭58−32334(JP,B2) 特公 昭58−32335(JP,B2) 特公 昭57−40445(JP,B2) 実公 昭57−2897(JP,Y2) 特表 平9−510546(JP,A) 米国特許4220046(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測流体が流れる流管に接続され円筒状
    の流路を有する筒状の本体部と、前記流路の軸に直角
    で、両端が前記本体部の流路内壁に一体接続された渦発
    生体部を有し、該渦発生体部から単位時間当りに発生す
    るカルマン渦の数から流量を求める渦流量計において、
    前記渦発生体部は、断面形状が軸方向に一定な上流側が
    底辺となる二等辺三角形状の柱状体で、前記流路内壁に
    接続される端部は、前記渦発生体の軸に直角な前記二等
    辺三角形に外接する円形平面と前記流路内壁の円弧面と
    で構成され、前記流路の流れ方向に円弧状に突起した円
    弧突起部を有し、該渦発生体部と前記本体部と前記円弧
    突起部とを精密鋳造により一体に形成したことを特徴と
    する渦流量計。
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