JP3210134B2 - 渦流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、渦流量計に関し、より詳細に
は、特に気体流量を測定し、小流感度が優れ保守点検が
容易な渦流量計の構造に関する。

【０００２】

【従来技術】渦流量計は、可動部がなく簡易な推測形の
流量計で、周知の如く、所定レイノルズ数範囲で渦発生
体から流出するカルマン渦の単位時間当りに発生する数
が、流速又は流量に比例することを利用している。上述
のごとく渦流量計の取付条件が一定であれば、渦流量計
の器差特性は、レイノルズ数により定められるので、測
定流体が気体でも液体でも流速又は流量を高精度に測定
することができる。

【０００３】渦の検出には、渦の発生に伴って渦発生体
に作用する交番揚力を検知する方式と、渦の発生に従っ
て変化する流れ変動を検知する方式とに大別することが
できる。前者は、流体密度と流速の２乗に比例した信号
を検出するので、渦信号は小流域では小さく高ゲインの
増幅がなされるため、特に低密度の気体用流量計として
は流れのゆらぎや配管振動等の雑音影響を受け易くＳＮ
比は劣化する。この結果、下限流量は高く設定されるの
で揚力検知方式の渦流量計は、一日中で使用流量変動の
激しい都市ガスのような気体流量の計測には適当ではな
い。

【０００４】これに対して後者の渦による流れ変動を検
知する方式の渦流量計は、前記のような流量変動の激し
い気体の流量測定には好適である。この方式の代表的な
渦センサとしては、流体中に配設され流れ変動に従って
変動する放熱による抵抗体の抵抗値変化から渦信号を検
知する熱センサ方式がある。

【０００５】しかし、熱センサを有する渦流量計をダス
トが含まれる都市ガス等の計測に使用すると、ダストが
渦発生体や熱センサに付着する等の影響を受け長期間で
は特性が変化したりする欠点があった。また、検出感度
が低下するので、定期的なメンテナンスをする必要があ
った。このため、渦発生体や渦センサを取り外し易くす
るのが好ましいが、従来の渦流量計では渦発生体と渦セ
ンサとは一体になっており、渦発生体と渦センサを単独
に取り外すことはできなかった。なお、熱センサには、
白金線やサーミスタが使用されていた。

【０００６】しかし、白金線は高価であり、サーミスタ
は、混合する金属酸化物の組成や混合割合および燒成条
件により抵抗値が大きく変化するという問題がある。熱
センサは、通常ブリッジに組み込まれて使用されるが、
安価なサーミスタを使用する場合も抵抗値が揃ったサー
ミスタを組合せてブリッジ回路を形成する必要があるの
で、単価は安くてもセンサの組立てのために多くの工数
を費すこととなり、効率的でなく結果的には高価になっ
た。

【０００７】更に、サーミスタを使用する場合、流体と
の接触面に突起面が生ずるので、乱流による高域周波数
の乱れが生じＳＮ比が劣化し、しかもリード線部分での
流体シールが不充分で、長期間では湿度変化により不安
定な抵抗値の変動が生ずる等の現象が生じ信頼性の乏し
いものとなった。

【０００８】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、特に気体用の渦流量計において、メンテナンス
がし易い構造をもったＳＮ比の優れた渦流量計を提供す
ること、更には、熱伝導率を低下させて感温抵抗素子を
小電力が加熱でき、感温素子が渦検出流路に突起するこ
となく流体シールが完全で安価で量産性に優れた熱セン
サユニットを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
測定管と、該測定管の直径上に配設され一端が該測定管
外壁部に着脱可能に固着された渦発生体と、該渦発生体
が固着された管壁の反対側の測定管外壁部に固着され、
前記測定管管壁を貫通して渦発生体の上流側に開口する
上流導圧路および両側近傍に各々開口する側部導圧路を
有するセンサホルダと、該センサホルダに着脱可能に固
着され、カルマン渦の発生による圧力変動により、前記
センサホルダの上流導圧路から導入された測定流体が前
記側部導圧路に交互に流出する流体振動を検知する渦セ
ンサとからなり、前記流体振動に基づいて流量を測定す
ること、更には、（２）前記（１）において、前記渦セ
ンサを、前記上流導圧路と該上流導圧路に連通し、前記
各々の側部導圧路に連通するＶ字形路が打ち抜かれた流
路用間座と、前記上流導圧路と側部導圧路を中心として
所定開口面積が打ち抜かれた感温抵抗素子間座と、該感
温抵抗素子間座と同一面となるように前記打ち抜き孔に
嵌挿される感温抵抗を固着し、該感温抵抗が所定回路要
素に接続された感温抵抗素子実装プリント基板と、前記
感温抵抗と対応した位置部分が打ち抜かれた放熱係数低
減間座と、樹脂封止間座と、前記感温抵抗端子と接続す
るリード線を貫通して順次前記流路用間座と流路用間座
と感温抵抗用間座と感温抵抗素子実装プリント基板と放
熱係数低減間座および樹脂封止間座を前記リード線を絶
縁して一体に固着するセンサユニットベースとからな
り、カルマン渦の発生に比例して前記感温抵抗素子実装
プリント基板から出力される信号により流量を熱的に検
知する感熱式センサユニットとしたこと、更には、
（３）前記（１）又は（２）において、前記センサホル
ダの上流導圧路および側部導圧路に該上流導圧路および
側部導圧路を流通する側定流体の流量を調整する流量調
整ノズルおよび測定流体を濾過するフィルタを着脱可能
に嵌挿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。

【００１０】図１（ａ）,（ｂ）は、本発明による渦流
量計の構造の一例を説明するための分解図であり、
（ａ）図は分解側断面図、（ｂ）図は、（ａ）図の矢視
Ｂ−Ｂ線断面図で、図中、１は測定管、２はフランジ、
３は整流器、４は渦発生体ホルダ、５はセンサホルダ、
６は渦発生体、７は渦発生体固着フランジ部、８は上流
導圧路、９，１０は側部導圧路、１１は流量調整ノズ
ル、１２はフィルタ、１３は変換器取付フランジ、１４
は変換器、２０は感熱式センサユニットである。

【００１１】図１に示した渦流量計は、測定管１の両端
にフランジ２，２が固着され上流端部にはハネカム状の
整流器３が嵌挿している。測定管１管壁の中間部には渦
発生体ホルダ４およびセンサホルダ５が測定管１の直径
上に対向して固着されている。

【００１２】渦発生体ホルダ４の直径方向には測定管１
の管壁を貫通する貫通孔４ａが開口しており、該貫通孔
４ａには渦発生体６が挿入され、渦発生体６は、Ｏリン
グ等のシール材７ａでシールされ一体に形成された渦発
生体固着フランジ部７で渦発生体ホルダ４に気密に固着
される。

【００１３】センサホルダ５には感熱式センサユニット
２０を気密に嵌挿する凹部５ａが形成され、該凹部５に
は、測定管１内に開口し、段部８ａを有する上流導圧路
８および段部９ａ，１０ａを有する側部導圧路９，１０
が貫通している。上流導圧路８は渦発生体６の上流側に
開口し、側部導圧路９，１０は渦発生体６の側壁部近傍
に開口している。また、上流導圧路８および側部導圧路
９，１０には流量調整ノズル１１およびフィルタ１２が
着脱可能に挿入される。

【００１４】図２は、流量調整ノズル１１とフィルタ１
２の一例を示す分解斜視図である。流量調整ノズル１１
の軸上には流量を調整する断面口径で流入側にテーパを
有するノズル口１１ａが貫通しており、後述する感熱式
センサユニット２０に流入する測定流体の流入量を調整
するとともに、流入する流れを整流する効果を与えてい
る。フィルタには流量調整ノズル１１に流入する測定流
体中に含まれるダストを取り除くためのもので、網目の
メッシュは被測定流体の性状および流量調整ノズル１１
を流れる流量を勘案して定められる。

【００１５】感温抵抗素子が上流導圧路８と側部導圧路
９，１０と連通するように凹部５ａに気密に嵌挿された
感熱式センサユニット２０は、変換器１４の取付筒１４
ａの他端部に取り付けられた変換器取付フランジ１３に
より弾性リング等を介することにより弾性的に押圧固定
され、感熱式センサユニット２０の電線および信号線
と、変換器１４とが接続される。

【００１６】図３（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、感熱式セン
サユニットの一例を説明するための図で、（ａ）図は斜
視分解図、（ｂ）図は組立図、（ｃ）図は底面から見た
図で、図４は感温抵抗素子の実装図を示す図であり、図
中、２１は流路用間座、２２は感温抵抗素子間座、２３
は感温抵抗素子実装プリント基板、２４は温度補正用感
温抵抗素子、２５は渦検出用感温抵抗素子、２６は放熱
係数低減間座、２７は樹脂封止間座、２８はセンサユニ
ットベース、２９は間座固定子ネジ、３０はＯリング、
３１はリード線である。

【００１７】流路用間座２１はガラス繊維入りエポキシ
樹脂等の絶縁体薄板円板からなり、渦発生体６の上流部
に生ずる動圧の測定流体を導入して渦発生によって生ず
る渦圧力に従った交番流れを後述する渦検出用感温素子
抵抗素子２５ａ，２５ｂに導びくための流路となるＶ字
形の溝２１ａが打ち抜かれている。感温抵抗素子間座２
２は、感温抵抗素子実装プリント基板２３に実装された
短冊状の渦検出用感温抵抗素子２５ａ，２５ｂおよび温
度補正用感度抵抗素子２４の凸部を嵌挿して前記Ｖ字形
の溝２１ａ内で測定流体の流れを乱すことがない平面と
なるようにする温度補正部孔２２ａと感温部孔２２ｂ，
２２ｃを打ち抜かれた間座である。

【００１８】感温抵抗素子実装プリント基板２３もガラ
ス繊維入りエポキシ樹脂の薄板円板で、上面には流れ方
向に平行した位置に前記温度補正用感温抵抗素子２４
ａ，２４ｂが配設され、後流側には渦検出用感温抵抗素
子２５ａ，２５ｂが流れ方向の軸に対称に傾斜して配設
されている。温度補正用感温抵抗素子２４ａ，２４ｂお
よび渦検出用感温素子２５ａ，２５ｂは例えば、同一規
格のチップ状感温半導素子で、厚さが０.５ｍｍ（ミリ
メートル）程度であり、各々の素子間は導線２３ａで接
続され所定ブリッジ回路要素が構成される。このブリッ
ジ回路要素の接続部として端子部２３ｂ，２３ｃ，２３
ｄ，２３ｅおよび２３ｆが形成されている。

【００１９】放熱係数低減間座２６は、ガラス繊維入エ
ポキシ樹脂円板で、温度補正用感温抵抗素子２４ａ，２
４ｂおよび渦検出用感温抵抗素子２５ａ，２５ｂに対応
した位置、つまり点線で図示した位置に打ち抜かれた空
間２６ａ，２６ｂおよび２６ｃが形成される。空間２６
ａ，２６ｂおよび２６ｃは、ブリッジ回路への印加電源
により加熱される温度補正用感温抵抗素子２４ａ，２４
ｂおよび渦検出用感温抵抗素子２５ａ，２５ｂ裏面の放
熱係数を下げるための空気層を形成するものである。

【００２０】センサユニットベース２８は感熱式センサ
ユニット２０の基板となる金属製の円板状体で、外周に
Ｏリング３０を配設するＯリング溝２８ａが形成され、
内部面には、前記ブリッジ回路要素の端子部２３ｂ〜２
３ｆに接続されたリード線３１を絶縁挿通するための端
子部２３ａ〜２３ｆに対応した位置に通孔３２が貫通し
ている。通孔３２にはリード線３１を絶縁固着するため
のエポキシ樹脂等の絶縁剤が流し込まれて固着される。
樹脂封止間座２７は絶縁剤が流れ出し空間２６ａ〜２６
ｃを埋めるのを防ぐための円板である。

【００２１】上述の流路用間座２１、感温抵抗素子間座
２２、感温抵抗素子実装プリント基板２３、温度補正用
感温抵抗素子２４、渦検出用感温抵抗素子２５、放熱係
数低減間座２６、樹脂封止間座２７は、（ｂ）図に示す
ように順次センサユニットベース２８に積み重ねられ、
間座固定子ネジ２９に一体的に固着され、上述の如く通
孔３２にエポキシ樹脂を流し込み、リード線３１を絶縁
固着し、Ｏリング３０がＯリング溝２８ａに嵌め込まれ
る。

【００２２】このように一体に組立てられた感熱式セン
サユニット２０は、裏面からは（ｃ）図に示すように、
Ｖ字形の溝２１ａ内頂点部に温度補正用感温素子２４
ａ，２４ｂが配設され斜辺部に渦検出用感温抵抗素子２
５ａ，２５ｂが配設されている様子をみることができ
る。Ｖ字形溝２１ａは、センサホルダ６の凹部６ａ内に
装着されたときは渦発生体６の上流部から両側壁部近傍
に流れる渦圧による交番流れの流路が形成される。

【００２３】以上述べた感熱式センサユニット２０は、
温度補正用感温抵抗素子２４ａ，２４ｂおよび温度補正
用感温抵抗素子２５ａ，２５ｂを安価なチップ形の感温
抵抗素子としたが、白金薄膜等の感温抵抗素子あるいは
半導体感温抵抗素子で形成してもよい。

【００２４】また、Ｖ字形の溝２１ａ内を渦圧により流
れる交番流れを検出する他の熱的検知手段および渦圧そ
のものを検知する圧力やひずみ検出素子を配設しても渦
信号検出が可能となる。

【００２５】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、渦発生体と、感熱式センサユニットとは互いに測定
管の反対側壁面に着脱可能に取り付けられるので、取り
外しが簡単であり、都市ガスのようにダストやフォギン
グオイル等のミストを含む気体計測のように、これらの
異物が付着するために定期的なメンテナンスを必要とす
る流量計では保守が極めて簡単となる。また、渦センサ
を感熱センサユニットとして着脱自在にとり付け、取り
付け時に渦発生体の上部から両側部に渦圧力による交流
流れを形成してこれを熱式に検知するＶ字形の層流流路
を形成したので小流での感度が向上しＳＮ比の優れた検
出が可能となる。また、ダストを除き、この層流の流路
をＳＮ比の最適な流れとするための流量調整ノズルおよ
びフィルタを取り付けたので長期安定な信号が得られメ
ンテナンス期間も永くなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による渦流量計の構造の一例を説明す
るための分解図である。

【図２】 流量調整ノズル１１とフィルタ１２の一例を
示す分解斜視図である。

【図３】 感熱式センサユニットの一例を説明するため
の図である。

【図４】 感温抵抗素子の実装図を示す図である。

【符号の説明】

１…測定管、２…フランジ、３…整流器、４…渦発生体
ホルダ、５…センサホルダ、６…渦発生体、７…渦発生
体固着フランジ部、８…上流導圧路、９，１０…側部導
圧路、１１…流量調整ノズル、１２…フィルタ、１３…
変換器取付フランジ、１４…変換器、２０…感熱式セン
サユニット、２１…流路用間座、２２…感温抵抗素子間
座、２３…感温抵抗素子実装プリント基板、２４…温度
補正用感温抵抗素子、２５…渦検出用感温抵抗素子、２
６…放熱係数低減間座、２７…樹脂封止間座、２８…セ
ンサユニットベース、２９…間座固定子ネジ、３０…Ｏ
リング、３１…リード線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭57−14861（ＪＰ，Ｕ) 特許3027392（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭57−24492（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭50−36990（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭56−9653（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定管と、該測定管の直径上に配設され
   一端が該測定管外壁部に着脱可能に固着された渦発生体
   と、該渦発生体が固着された管壁の反対側の測定管外壁
   部に固着され、前記測定管管壁を貫通して渦発生体の上
   流側に開口する上流導圧路および両側近傍に各々開口す
   る側部導圧路を有するセンサホルダと、該センサホルダ
   に着脱可能に固着され、カルマン渦の発生による圧力変
   動により、前記センサホルダの上流導圧路から導入され
   た測定流体が前記側部導圧路に交互に流出する流体振動
   を検知する渦センサとからなり、前記流体振動に基づい
   て流量を測定することを特徴とした渦流量計。
2. 【請求項２】 前記渦センサを、前記上流導圧路と該上
   流導圧路に連通し、前記各々の側部導圧路に連通するＶ
   字形路が打ち抜かれた流路用間座と、前記上流導圧路と
   側部導圧路を中心として所定開口面積が打ち抜かれた感
   温抵抗素子間座と、該感温抵抗素子間座と同一面となる
   ように前記打ち抜き孔に嵌挿される感温抵抗を固着し、
   該感温抵抗が所定回路要素に接続された感温抵抗素子実
   装プリント基板と、前記感温抵抗と対応した位置部分が
   打ち抜かれた放熱係数低減間座と、樹脂封止間座と、前
   記感温抵抗端子と接続するリード線を貫通して順次前記
   流路用間座と流路用間座と感温抵抗用間座と感温抵抗素
   子実装プリント基板と放熱係数低減間座および樹脂封止
   間座を前記リード線を絶縁して一体に固着するセンサユ
   ニットベースとからなり、カルマン渦の発生に比例して
   前記感温抵抗素子実装プリント基板から出力される信号
   により流量を熱的に検知する感熱式センサユニットとし
   たことを特徴とした請求項１記載の渦流量計。
3. 【請求項３】 前記センサホルダの上流導圧路および側
   部導圧路に該上流導圧路および側部導圧路を流通する側
   定流体の流量を調整する流量調整ノズルおよび測定流体
   を濾過するフィルタを着脱可能に嵌挿したことを特徴と
   する請求項１又は２の何れかに記載の渦流量計。