JP3237366B2 - 振動型流量計 - Google Patents

振動型流量計

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JP3237366B2 JP00411594A JP411594A JP3237366B2 JP 3237366 B2 JP3237366 B2 JP 3237366B2 JP 00411594 A JP00411594 A JP 00411594A JP 411594 A JP411594 A JP 411594A JP 3237366 B2 JP3237366 B2 JP 3237366B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低流速でのストローハ
ル数の変化の影響をなくし、低流量まで流量測定可能レ
ンジ幅が拡大し得る振動型流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、流体振動を利用した振動型流量
計としては、渦流量計やエッジトーン流量計があるが、
ここでは渦流量計を例にとって説明を行う。
【0003】従来の渦流量計としては、例えば、第3回
流体計測シンポジウム講演会論文集題目「各種流体にお
ける渦流量の流量特性」 昭和61年1月27日発行
計測自動制御学会発行 P53〜P56に示されてい
る。
【0004】渦流量計は、図3のように流路中に渦発生
体を置き、渦発生体から発生するカルマン渦の周波数を
測定することにより流速を求め、この流速に流路断面積
をかけることにより、求めることのできる流量を測定す
るものである。
【0005】図3において、11は測定流体が流れる管
路、12は管路11に垂直に設けられた渦発生体であ
る。13,14は、渦発生体12の側面に、流れに向か
って左右に設けられた一組の圧力測定孔である。
【0006】15,16は、圧力測定孔13,14から
取り込まれた圧力変動を導圧する導圧管である。17
は、導圧管15,16からの圧力変動が入力される、圧
力センサである。18は、圧力センサ17の検出値を信
号処理する信号処理回路である。19は、カルマン渦で
ある。
【0007】以上の構成において、渦発生体12により
発生した渦により、測定流体は圧力変動をおこし、この
圧力変動は、圧力センサ17で検出され、信号処理回路
18で信号処理される。
【0008】ここで、発生するカルマン渦の周波数fと
ある代表長さdをかけたものを流速uで割るとストロー
ハル数Stという無次元量になるが、これが図4のよう
にある流速範囲で一定になるので、周波数を測定するこ
とにより以下の(1)式を用いて、比較的簡単に流速を
測定することができる。 u=(f・d)/St (1)
【0009】流体振動を利用した流量計は可動部がない
ため信頼性があり、測定流体の種類も液体、気体を問わ
ず、更に非導電性流体も測定することが出来るため広く
流量測定に用いられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、図4から判るように流速が小さくな
るとストローハル数が一定値ではなくなるため、(1)
式を用いた場合、低流速域では誤差が大きくなり、低流
速測定には不向きであり、流量測定レンジが小さくなっ
ていた。
【0011】本発明は、この問題点を解決するものであ
る。本発明の目的は、低流速でのストローハル数の変化
の影響をなくし、低流量まで流量測定可能レンジ幅が拡
大し得る振動型流量計を提供するにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、流体振動を利用して流量を測定する振動
型流量計において、測定流路に設けられた振動型流量計
本体と、測定流路に設けられ測定流体の圧力損失を測定
する圧力損失測定センサと、該圧力損失測定センサの測
定信号と前記振動型流量計本体の測定信号とから所定演
算式を用いてストローハル数の補正処理をする演算処理
回路とを具備したことを特徴とする振動型流量計を構成
したものである。
【0013】
【作用】以上の構成において、振動型流量計本体で測定
流体の振動周波数を測定する。圧力損失測定センサで測
定流体の圧力損失を測定する。演算処理回路で、圧力損
失測定センサの測定信号と振動型流量計本体の測定信号
とから、ストローハル数の補正処理をする。以下、実施
例に基づき詳細に説明する。
【0014】
【実施例】図1は本発明の一実施例の要部構成説明図で
ある。図において、図3と同一記号の構成は同一機能を
表わす。以下、図3と相違部分のみ説明する。
【0015】21は振動型流量計本体である。22は、
測定流路23に設けられ、測定流体の圧力損失を測定す
る圧力損失測定センサである。
【0016】この場合は、測定流路23の上流側に設け
られた導圧管221と、測定流路23の下流側に設けら
れた導圧管222と、導圧管221内の測定流体の圧力
と導圧管222内の測定流体の圧力との差圧を測定する
差圧センサ223とからなる。
【0017】24は、圧力損失測定センサ22の測定信
号と、振動型流量計本体21の測定信号とからストロー
ハル数の補正処理をする演算処理回路である。この場合
は、マイクロプロセツサが使用されている。
【0018】以上の構成において、振動型流量計本体2
1で測定流体の振動周波数を測定する。圧力損失測定セ
ンサ22で測定流体の圧力損失を測定する。演算処理回
路24で、圧力損失測定センサ22の測定信号と振動型
流量計本体21の測定信号とから、ストローハル数St
の補正処理をする。
【0019】この場合の基本原理を次に述べる。ストロ
ーハル数Stは、 St = f・d/u (2) で、レイノルズ数Reは、 Re = u・d/ν (3) で定義される。ここで、uは振動型流量計を通過する流
体の平均流速、νは流体の動粘性係数である。
【0020】また、振動型流量計では、その形状によっ
てただ1つ決定されるストローハル数Stとレイノルズ
数Reのある関数関係が存在する。 St = F(Re) (4) この関係を図示すると図4の横軸を無次元数であるレイ
ノルズ数Reに置き換えた形になる。その曲線をレイノ
ルズ数Reーストローハル数St曲線と呼ぶ。
【0021】差圧ΔPと動粘性係数νとの間には(5)
式のような関係がある。 ν = D2・ΔP/(32・L・u・ρ) (5) ここで、Dは測定流路の管路径、ΔPは差圧、Lは導圧
管221と導圧管222との間隔、ρは流体の密度であ
る。
【0022】測定流路23の管路径Dと振動型流量計の
代表長さdの間には(6)式のような関係がある。 D = α・d (6) (3)式に(5)式、(6)式を代入することにより、 Re = 32・L・ρ・u2/(α2・d・ΔP) (7) となる。
【0023】(4)式の関数FをReのn次の方程式と
すると、 St = Cn・Ren+Cn-1・Ren-1+…… +C1・Re+C0 (8) となる。
【0024】これに(2)式、(7)式を代入し、uに
ついて整理すると、 Cn '・u2n+1+C' n-1・u2(n-1)+1+C' n-2・u2(n-2)+1+…… +C' 1・u2+1+C0・u−fd=0 (9) と、uについての(2n+1)次の方程式となる。
【0025】ここで、 C' n =Cn ・((32Lρ)/(α2dΔP))n' n-1=Cn-1・((32Lρ)/(α2dΔP))n-1 ……… ……… C' 1 =C1 ・((32Lρ)/(α2dΔP))1 である。
【0026】この方程式でu、f、ΔP、ρ以外は振動
型流量計の形状が決まると決定できるものである。密度
ρは温度による変化も少ないので測定ラインのどこかで
一度測定しておくことにより十分な精度を得ることがで
きる。そこで周波数f、差圧ΔPを測定することによ
り、(9)式の係数が全て決まるので、ニュートン法な
どを用いて(9)式を解くことにより流速uが求められ
る。
【0027】カルマン渦の発生周波数fは、振動型流量
計本体21内の圧力センサの出力電圧の変動周波数とし
て検出される。差圧ΔPは差圧センサ223で検出され
るので、それらをマイクロプロセッサ24に入力し、マ
イクロプロセッサ24の中で(9)式を解く処理を行う
と、流速uが求められ、測定流路断面積をかけることに
より流量が求められる。
【0028】この結果、本発明によれば、差圧を測定す
る補正機構22,24を設けることにより、ストローハ
ル数補正が可能となり、振動型流量計では今まで測定誤
差が大きく測定不可能であった低流量まで精度良く測定
することが出来、流量測定レンジが大幅に広がる振動型
流量計が得られる。
【0029】また、(5)式を用いることにより流体の
動粘性係数も測定することができるので、測定流路23
を流れている。測定流体の種類を知ることができ、特
に、プロセスの制御上等において種々の利点を有する。
【0030】図2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、ストローハル数Stが
レイノルズ数Reによらず一定値となるレイノルズ数R
1 以下の流量の時に、測定流路23の流体が乱流とな
ってしまう場合に、層流状態を確保するためにバイパス
流路31が設けられたものである。
【0031】従って、バイパス流路31を通過する流体
が層流状態であるようにバイパス路の管路径D’、管路
長および間隔Lを決める必要がある。そのような時、差
圧ΔPと動粘性係数νの間には第5式のような関係があ
る。 ν = D’2・ΔP/(32・L・u’・ρ) (10) ここで、u’はバイパス流路31を通過する流体の平均
流速、ρは流体の密度である。
【0032】バイパス流路31の管路径D'と振動型流
量計の代表長さdの間には(11)式のような関係があ
る。 D’ = α’・d (11)
【0033】また、バイパス流路31内の平均流速u’
と振動型流量計内の平均流速uの関係は、(12)式の
ようになる。 u’ = β・u (12) (3)式に(10)式、(11)式、(12)式を代入
することにより、 Re = 32・L・ρ・β・u2/(α'2・d・ΔP) (13) となる。
【0034】(4)式の関数FをReのn次の方程式と
すると、 St = Cn・Ren+Cn-1・Ren-1+…… +C1・Re+C0 (14) となる。
【0035】これに(2)式、(13)式を代入し、u
について整理すると、 C'' n・u2n+1+C'' n-1・u2(n-1)+1+C'' n-2・u2(n-2)+1+…… +C'' 1・u2+1+C0・u−fd=0 (15) と、uについての(2n+1)次の方程式となる。
【0036】 ここで、 C'' n =Cn ・((32Lρβ)/(α2dΔP))n'' n-1=Cn-1・((32Lρβ)/(α2dΔP))n-1 ……… ……… C'' 1 =C1 ・((32Lρβ)/(α2dΔP))1 である。
【0037】この結果、本実施例によれば、バイパス流
路31を設け、層流状態を確保するようにしたので、差
圧センサ223による圧力損失の検出が精度よくでき、
ストローハル数補正がより正確に可能になる振動型流量
計が得られる。
【0038】なお、前述の実施例においては、差圧セン
サ223を利用して圧力損失を検出すると説明したが、
これに限ることはなく、例えば、導圧管221,222
にそれぞれ直接圧力計を取付て、圧力計の測定値の差か
ら圧力損失を検出するようにしても良い。要するに、圧
力損失が検出できる測定センサであればよい。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、流体振
動を利用して流量を測定する振動型流量計において、測
定流路に設けられた振動型流量計本体と、測定流路に設
けられ測定流体の圧力損失を測定する圧力損失測定セン
サと、該圧力損失測定センサの測定信号と前記振動型流
量計本体の測定信号とから所定演算式を用いてストロー
ハル数の補正処理をする演算処理回路とを具備したこと
を特徴とする振動型流量計を構成した。
【0040】この結果、本発明によれば、圧力損失を測
定する補正機構を設けることにより、ストローハル数補
正が可能となり、振動型流量計では今まで測定誤差が大
きく測定不可能であった低流量まで精度良く測定するこ
とが出来、流量測定レンジが大幅に広がる振動型流量計
が得られる。
【0041】従って、本発明によれば、低流速でのスト
ローハル数の変化の影響をなくし、低流量まで流量測定
可能レンジ幅が拡大し得る振動型流量計を実現すること
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】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図3】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。
【図4】図3の動作説明図である。
【符号の説明】
11…管路 12…渦発生体 13…圧力測定孔 14…圧力測定孔 15…導圧管 16…導圧管 17…圧力センサ 18…信号処理回路 19…カルマン渦 21…振動型流量計本体 22…圧力損失測定センサ 221…導圧管 222…導圧管 223…差圧センサ 23…測定流路 24…マイクロプロセッサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−280010(JP,A) 特開 昭63−201528(JP,A) 特開 昭58−219420(JP,A) 特開 昭58−219421(JP,A) 特開 昭58−219422(JP,A) 特開 昭58−219418(JP,A) 特開 昭58−219419(JP,A) 特開 昭58−201026(JP,A) 特開 昭52−110061(JP,A) 特開 昭47−27053(JP,A) 特開 昭57−110918(JP,A) 特公 昭51−13429(JP,B2) 特公 平4−3488(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/32 G01F 1/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体振動を利用して流量を測定する振動型
    流量計において、 測定流路に設けられた振動型流量計本体と、 測定流路に設けられ測定流体の圧力損失を測定する圧力
    損失測定センサと、 該圧力損失測定センサの測定信号と前記振動型流量計本
    体の測定信号とから所定演算式を用いてストローハル数
    の補正処理をする演算処理回路とを具備したことを特徴
    とする振動型流量計。
JP00411594A 1994-01-19 1994-01-19 振動型流量計 Expired - Fee Related JP3237366B2 (ja)

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JP6179092B2 (ja) * 2012-11-22 2017-08-16 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 線状構造物の渦励振流体力データ計算プログラム、渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム及び線状構造物の渦励振流体力実験方法

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