JP3765380B2 - 渦流量計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｓ／Ｎ比が向上された渦流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３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、例えば、特開昭５３−１４８４７０号公報に示されている。図１４は図１３の要部斜視図である。
【０００３】
図１３，図１４において、１は測定流体の流れる管路である。
２は管路１に直角に挿入された柱状の渦発生体で、この場合は両端が管路１に固定された断面三角形状のものを示したが、他の形状、例えば断面矩形状等でもよい。
【０００４】
２１は渦発生体２に連結された支持部で、この場合は円筒状に構成されている。
２２は支持部２１を介して渦発生体２を支持する取付けフランジである。
３１は円筒状の検出センサ部で、支持部２１の円筒内に設けられ、せん断応力に対して感度の大きい性格を有するものが用いられている。
【０００５】
この場合は、ニオプ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）よりなる圧電素子が使用されている。
３２は封着体で、絶縁材よりなり、検出センサ部３１を支持部２１の円筒内に周囲より絶縁して封着するもので、この場合はガラス材が用いられている。
而して、検出センサ部３１と封着体３２により応力検出部３が構成される。
【０００６】
以上の構成において、管路１内に測定流体が矢印Ｘの方向に流れ、渦発生体２に流れがあたると、その後、流速に渦が発生する。
この渦により、渦発生体２に生ずる交番の揚力により、渦発生体２には曲げモーメントＭとねじりモーメントＱが働く。
【０００７】
支持部２１には、このねじりモーメントＱによりせん断応力が生じ、検出センサ部３１により内部応力の変化（この場合は電圧の変化）が検出される。
【０００８】
この変化の回数を検出する事により渦発生周波数が検出できる。
今、検出センサ部として圧電素子を便用した場合について、その検出原理を説明すると、圧電素子は応力σ1を受けると圧電効果により電圧△Ｖ1を発生する。
【０００９】
式で示すと次の如くなる。
ΔＶ1＝ｄ・σ1・ｔ （１）
σ1＝ｎ1（Ｆ／Ａ1） （２）
【００００】
ここで、ｄ：圧電定数
ｔ：電極間距離
ｎ1：定数
Ａ1：センサ部の剛性
Ｆ：渦放出による交番力
【００１０】
本発明の内部応力検出方式では、渦発生体２内に生じる応力を直接検出するものであり、小さな応力でも充分な出力が得られる。
この結果、センサ部の剛性を大きくすることができる。
【００１１】
【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、振動ノイズを積極的に吸収する手段を有しない。
従って、振動ノイズの影響を更に小さくすることが出来ず、Ｓ／Ｎ比が良好な渦流量計を得ることが出来ない。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、感度が向上された渦流量計を提供することにある。
即ち、センサ部での捻れ応カ以外の感度除去が十分でない場合でも、振動ノイズを積極的に除去する様にしたものである。
【００１３】
【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の渦流量計においては、
カルマン渦により柱状の渦発生体あるいは受力体に作用する捻じりの交番力を検出して流速流量を測定する渦流量計において、測定流体の流れる管路に挿入された渦発生体あるいは受力体と、この渦発生体あるいは受力体に作用する捻じりの交番力を検出する捻じり検出センサと、この捻じり検出センサの前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の少なくとも一面に一平面が接して設けられた柱状の本体とこの柱状の本体の前記平面に平行に四方から順次に所定寸法を残して切り込み形成された溝とを有し前記軸を中心とする捻じれ剛性は十分高く曲げ剛性や圧縮方向の剛性は小さい継ぎ手とを具備した事を特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の渦流量計において、
前記捻じり検出センサとして剪断応力検出形圧電素子が使用されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３においては、請求項１又は請求項２記載のカルマン渦流量計において、
前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の重心軸を対称軸として配置された捻じり検出センサを具備したことを特徴とする。
【００１６】
【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、図２は図１のＯ−Ｏ断面図、図３は図１の要部詳細説明図、図４は図３の要部詳細説明図、図５は図３の要部詳細説明図、図６は図５のＡ−Ａ断面図、図７は図５のＢ−Ｂ断面図、図８は図５のＣ−Ｃ断面図、図９は図５のＤ−Ｄ断面図である。
【００１７】
図において、図１３と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図１３と相違部分のみ説明する。
捻じり検出センサ４１は、渦発生体２に作用する捻じりの交番力を検出する。
【００１８】
この場合は、捻じり検出センサ４１として、剪断応力検出形圧電素子が使用されている。
また、捻じり検出センサ４１は、渦発生体２の軸方向の重心軸を対称軸として配置されている。
【００１９】
捻じり検出センサ４１自体は、図４に示す如く、例えば、書名：超音波エレクトロニクス振動論Ｐ１１８〜Ｐ１２３、発行日：１９９８年２月２０日、著者：富川義朗、発行所：朝倉書店、に示されている。
図において、Ａは分極方向、Ｂは捻じりひずみを示す。
【００２０】
この場合は、捻じり検出センサ４１は、円環をいくつかに分割し、この場合は４個、周方向に電界をかけ分極Ａする。ねじり力Ｂが働くとせん断応力が周方向に加わるため、圧電素子のすべり（せん断）モードにより電荷が発生する。
【００２１】
また、捻じり検出センサ４１の軸周り以外のせん断応力に関しては、応力方向の左右でキヤンセルされる。
また、振動による曲げや検出素子の軸方向の振動による圧縮は、厚さ方向の応力として捻じり検出センサ４１に加わるが、分極方向と直交するため、出力は発生しない構造となっている。
【００２２】
継ぎ手４２は、この捻じり検出センサ４１の渦発生体２の軸方向の少なくとも一面に設けられ、軸を中心とする捻じれ剛性は十分高く、曲げ剛性や圧縮方向の剛性は小さくされている。
【００２３】
このために、外部振動により、曲げや圧縮方向の応力が検出部分に加わっても、捻じり検出センサ４１に外部振動による応カを伝え難くすることが出来る。
【００２４】
この場合は、図５〜図９に示す如く、継ぎ手４２は、円柱本体４２１と、円柱本体４２１の平面４２２に平行に四方から順次、所定寸法４２３を残して切り込み形成された溝４２４〜４２７とを有する。
【００２５】
以上の構成において、カルマン渦の生成により渦発生体２に、交番のねじれ応力が働き、それに伴い捻じり検出センサ４１に交番の出力が生ずる。
この出力変動の周波数を測定する事により、渦周波数すなわち流量を測定する事が出来る。
【００２６】
捻じり検出センサ４１の中心軸を、渦発生体２の軸方向の重心軸上におくことにより、外部振動が働いても、捻じり検出センサ４１にはトルクが働かず、振動により捻じり検出センサ４１に曲げや軸方向の応力が働いても、この捻じり検出センサ４１は厚さ方向の応力には出力しない。
【００２７】
この結果、
捻じり検出センサ４１の上部に組み込まれた継ぎ手４２が、外部振動による応力を吸収するため、ノイズが出力され難くなる。このことにより、簡潔な構成で、なおかつ、堅牢で、外部振動に対してきわめてＳ／Ｎ比の良い渦流量計が得られる。
【００２８】
捻じり検出センサ４１として、剪断応力検出形圧電素子が使用されたので、剪断応力検出形圧電素子は市場性が有り、安価な渦流量計が得られる。
【００２９】
捻じり検出センサ４１が、渦発生体２の軸方向の重心軸を対称軸として配置されたので、外部振動が働いても、捻じり検出センサ４１にはトルクが働かず、振動により捻じり検出センサ４１に曲げや軸方向の応力が働いても、この捻じり検出センサ４１は厚さ方向の応力には出力しない。
【００３０】
この結果、外部振動に対して、きわめてＳ／Ｎ比の良い検出部を構成することができる渦流量計が得られる。
【００３１】
図１０は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１１は図１０のＥ−Ｅ断面図、図１２は図１０の底面図である。
本実施例においては、受力体５１に捻じり検出センサ４１と継ぎ手４２とが配置された実施例である。
【００３２】
なを、前述の実施例においては、捻じり検出センサ５１の上部に継ぎ手４２が設けられた実施例について説明したが、これに限る事は無く、捻じり検出センサ５１の下部に継ぎ手４２が設けられても良く、要するに、少なくとも１個設けられれば良い。
【００３３】
また、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。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果がある。
（１）捻じり検出センサの渦発生体あるいは受力体の軸
方向の少なくとも一面に設けられた継ぎ手が、外部振動による応力を吸収するため、ノイズが出力され難くなる。このことにより、簡潔な構成で、なおかつ、堅牢で、外部振動に対してきわめてＳ／Ｎ比の良い渦流量計が得られる。
【００３５】
（２）捻じり検出センサとして、剪断応力検出形圧電素子が使用されたので、剪断応力検出形圧電素子は市場性が有り、安価な渦流量計が得られる。
【００３６】
（３）捻じり検出センサが、渦発生体あるいは受力体の軸方向の重心軸を対称軸として配置されたので、外部振動が働いても、捻じり検出センサにはトルクが働かず、振動により捻じり検出センサに曲げや軸方向の応力が働いても、この捻じり検出センサは厚さ方向の応力には出力しない。
【００３７】
この結果、外部振動に対して、きわめてＳ／Ｎ比の良い検出部を構成することができる渦流量計が得られる。
【００３８】
従って、本発明によれば、Ｓ／Ｎ比が向上された渦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】 図１のＯ−Ｏ断面図である。
【図３】 図１の要部詳細説明図である。
【図４】 図３の要部詳細説明図である。
【図５】 図３の要部詳細説明図である。
【図６】 図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】 図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】 図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】 図５のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１１】 図１０のＥ−Ｅ断面図である。
【図１２】 図１０の底面図である。
【図１３】 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。
【図１４】 図１３の斜視図である。
【符号の説明】
１ 管路
２ 渦発生体
４１ 捻じり検出センサ
４２ 継ぎ手
４２１ 円柱本体
４２２ 平面
４２３ 所定寸法
４２４ 溝
４２５ 溝
４２６ 溝
４２７ 溝
５１ 受力体
Ａ 分極方向
Ｂ 捻じりひずみ
Ｘ 測定流体
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｓ／Ｎ比が向上された渦流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３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、例えば、特開昭５３−１４８４７０号公報に示されている。図１４は図１３の要部斜視図である。
【０００３】
図１３，図１４において、１は測定流体の流れる管路である。
２は管路１に直角に挿入された柱状の渦発生体で、この場合は両端が管路１に固定された断面三角形状のものを示したが、他の形状、例えば断面矩形状等でもよい。
【０００４】
２１は渦発生体２に連結された支持部で、この場合は円筒状に構成されている。
２２は支持部２１を介して渦発生体２を支持する取付けフランジである。
３１は円筒状の検出センサ部で、支持部２１の円筒内に設けられ、せん断応力に対して感度の大きい性格を有するものが用いられている。
【０００５】
この場合は、ニオプ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）よりなる圧電素子が使用されている。
３２は封着体で、絶縁材よりなり、検出センサ部３１を支持部２１の円筒内に周囲より絶縁して封着するもので、この場合はガラス材が用いられている。
而して、検出センサ部３１と封着体３２により応力検出部３が構成される。
【０００６】
以上の構成において、管路１内に測定流体が矢印Ｘの方向に流れ、渦発生体２に流れがあたると、その後、流速に渦が発生する。
この渦により、渦発生体２に生ずる交番の揚力により、渦発生体２には曲げモーメントＭとねじりモーメントＱが働く。
【０００７】
支持部２１には、このねじりモーメントＱによりせん断応力が生じ、検出センサ部３１により内部応力の変化（この場合は電圧の変化）が検出される。
【０００８】
この変化の回数を検出する事により渦発生周波数が検出できる。
今、検出センサ部として圧電素子を便用した場合について、その検出原理を説明すると、圧電素子は応力σ1を受けると圧電効果により電圧△Ｖ1を発生する。
【０００９】
式で示すと次の如くなる。
ΔＶ1＝ｄ・σ1・ｔ （１）
σ1＝ｎ1（Ｆ／Ａ1） （２）
【００００】
ここで、ｄ：圧電定数
ｔ：電極間距離
ｎ1：定数
Ａ1：センサ部の剛性
Ｆ：渦放出による交番力
【００１０】
本発明の内部応力検出方式では、渦発生体２内に生じる応力を直接検出するものであり、小さな応力でも充分な出力が得られる。
この結果、センサ部の剛性を大きくすることができる。
【００１１】
【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、振動ノイズを積極的に吸収する手段を有しない。
従って、振動ノイズの影響を更に小さくすることが出来ず、Ｓ／Ｎ比が良好な渦流量計を得ることが出来ない。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、感度が向上された渦流量計を提供することにある。
即ち、センサ部での捻れ応カ以外の感度除去が十分でない場合でも、振動ノイズを積極的に除去する様にしたものである。
【００１３】
【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の渦流量計においては、
カルマン渦により柱状の渦発生体あるいは受力体に作用する捻じりの交番力を検出して流速流量を測定する渦流量計において、測定流体の流れる管路に挿入された渦発生体あるいは受力体と、この渦発生体あるいは受力体に作用する捻じりの交番力を検出する捻じり検出センサと、この捻じり検出センサの前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の少なくとも一面に一平面が接して設けられた柱状の本体とこの柱状の本体の前記平面に平行に四方から順次に所定寸法を残して切り込み形成された溝とを有し前記軸を中心とする捻じれ剛性は十分高く曲げ剛性や圧縮方向の剛性は小さい継ぎ手とを具備した事を特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の渦流量計において、
前記捻じり検出センサとして剪断応力検出形圧電素子が使用されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３においては、請求項１又は請求項２記載のカルマン渦流量計において、
前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の重心軸を対称軸として配置された捻じり検出センサを具備したことを特徴とする。
【００１６】
【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、図２は図１のＯ−Ｏ断面図、図３は図１の要部詳細説明図、図４は図３の要部詳細説明図、図５は図３の要部詳細説明図、図６は図５のＡ−Ａ断面図、図７は図５のＢ−Ｂ断面図、図８は図５のＣ−Ｃ断面図、図９は図５のＤ−Ｄ断面図である。
【００１７】
図において、図１３と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図１３と相違部分のみ説明する。
捻じり検出センサ４１は、渦発生体２に作用する捻じりの交番力を検出する。
【００１８】
この場合は、捻じり検出センサ４１として、剪断応力検出形圧電素子が使用されている。
また、捻じり検出センサ４１は、渦発生体２の軸方向の重心軸を対称軸として配置されている。
【００１９】
捻じり検出センサ４１自体は、図４に示す如く、例えば、書名：超音波エレクトロニクス振動論Ｐ１１８〜Ｐ１２３、発行日：１９９８年２月２０日、著者：富川義朗、発行所：朝倉書店、に示されている。
図において、Ａは分極方向、Ｂは捻じりひずみを示す。
【００２０】
この場合は、捻じり検出センサ４１は、円環をいくつかに分割し、この場合は４個、周方向に電界をかけ分極Ａする。ねじり力Ｂが働くとせん断応力が周方向に加わるため、圧電素子のすべり（せん断）モードにより電荷が発生する。
【００２１】
また、捻じり検出センサ４１の軸周り以外のせん断応力に関しては、応力方向の左右でキヤンセルされる。
また、振動による曲げや検出素子の軸方向の振動による圧縮は、厚さ方向の応力として捻じり検出センサ４１に加わるが、分極方向と直交するため、出力は発生しない構造となっている。
【００２２】
継ぎ手４２は、この捻じり検出センサ４１の渦発生体２の軸方向の少なくとも一面に設けられ、軸を中心とする捻じれ剛性は十分高く、曲げ剛性や圧縮方向の剛性は小さくされている。
【００２３】
このために、外部振動により、曲げや圧縮方向の応力が検出部分に加わっても、捻じり検出センサ４１に外部振動による応カを伝え難くすることが出来る。
【００２４】
この場合は、図５〜図９に示す如く、継ぎ手４２は、円柱本体４２１と、円柱本体４２１の平面４２２に平行に四方から順次、所定寸法４２３を残して切り込み形成された溝４２４〜４２７とを有する。
【００２５】
以上の構成において、カルマン渦の生成により渦発生体２に、交番のねじれ応力が働き、それに伴い捻じり検出センサ４１に交番の出力が生ずる。
この出力変動の周波数を測定する事により、渦周波数すなわち流量を測定する事が出来る。
【００２６】
捻じり検出センサ４１の中心軸を、渦発生体２の軸方向の重心軸上におくことにより、外部振動が働いても、捻じり検出センサ４１にはトルクが働かず、振動により捻じり検出センサ４１に曲げや軸方向の応力が働いても、この捻じり検出センサ４１は厚さ方向の応力には出力しない。
【００２７】
この結果、
捻じり検出センサ４１の上部に組み込まれた継ぎ手４２が、外部振動による応力を吸収するため、ノイズが出力され難くなる。このことにより、簡潔な構成で、なおかつ、堅牢で、外部振動に対してきわめてＳ／Ｎ比の良い渦流量計が得られる。
【００２８】
捻じり検出センサ４１として、剪断応力検出形圧電素子が使用されたので、剪断応力検出形圧電素子は市場性が有り、安価な渦流量計が得られる。
【００２９】
捻じり検出センサ４１が、渦発生体２の軸方向の重心軸を対称軸として配置されたので、外部振動が働いても、捻じり検出センサ４１にはトルクが働かず、振動により捻じり検出センサ４１に曲げや軸方向の応力が働いても、この捻じり検出センサ４１は厚さ方向の応力には出力しない。
【００３０】
この結果、外部振動に対して、きわめてＳ／Ｎ比の良い検出部を構成することができる渦流量計が得られる。
【００３１】
図１０は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１１は図１０のＥ−Ｅ断面図、図１２は図１０の底面図である。
本実施例においては、受力体５１に捻じり検出センサ４１と継ぎ手４２とが配置された実施例である。
【００３２】
なを、前述の実施例においては、捻じり検出センサ５１の上部に継ぎ手４２が設けられた実施例について説明したが、これに限る事は無く、捻じり検出センサ５１の下部に継ぎ手４２が設けられても良く、要するに、少なくとも１個設けられれば良い。
【００３３】
また、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。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果がある。
（１）捻じり検出センサの渦発生体あるいは受力体の軸
方向の少なくとも一面に設けられた継ぎ手が、外部振動による応力を吸収するため、ノイズが出力され難くなる。このことにより、簡潔な構成で、なおかつ、堅牢で、外部振動に対してきわめてＳ／Ｎ比の良い渦流量計が得られる。
【００３５】
（２）捻じり検出センサとして、剪断応力検出形圧電素子が使用されたので、剪断応力検出形圧電素子は市場性が有り、安価な渦流量計が得られる。
【００３６】
（３）捻じり検出センサが、渦発生体あるいは受力体の軸方向の重心軸を対称軸として配置されたので、外部振動が働いても、捻じり検出センサにはトルクが働かず、振動により捻じり検出センサに曲げや軸方向の応力が働いても、この捻じり検出センサは厚さ方向の応力には出力しない。
【００３７】
この結果、外部振動に対して、きわめてＳ／Ｎ比の良い検出部を構成することができる渦流量計が得られる。
【００３８】
従って、本発明によれば、Ｓ／Ｎ比が向上された渦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】 図１のＯ−Ｏ断面図である。
【図３】 図１の要部詳細説明図である。
【図４】 図３の要部詳細説明図である。
【図５】 図３の要部詳細説明図である。
【図６】 図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】 図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】 図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】 図５のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図１１】 図１０のＥ−Ｅ断面図である。
【図１２】 図１０の底面図である。
【図１３】 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。
【図１４】 図１３の斜視図である。
【符号の説明】
１ 管路
２ 渦発生体
４１ 捻じり検出センサ
４２ 継ぎ手
４２１ 円柱本体
４２２ 平面
４２３ 所定寸法
４２４ 溝
４２５ 溝
４２６ 溝
４２７ 溝
５１ 受力体
Ａ 分極方向
Ｂ 捻じりひずみ
Ｘ 測定流体
Claims (3)
- カルマン渦により柱状の渦発生体あるいは受力体に作用する捻じりの交番力を検出して流速流量を測定する渦流量計において、
測定流体の流れる管路に挿入された渦発生体あるいは受力体と、
この渦発生体あるいは受力体に作用する捻じりの交番力を検出する捻じり検出センサと、
この捻じり検出センサの前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の少なくとも一面に一平面が接して設けられた柱状の本体とこの柱状の本体の前記平面に平行に四方から順次に所定寸法を残して切り込み形成された溝とを有し前記軸を中心とする捻じれ剛性は十分高く曲げ剛性や圧縮方向の剛性は小さい継ぎ手と
を具備した事を特徴とする渦流量計。 - 前記捻じり検出センサとして剪断応力検出形圧電素子が使用されたことを特徴とする請求項１記載の渦流量計。
- 前記渦発生体あるいは受力体の軸方向の重心軸を対称軸として配置された捻じり検出センサを具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の渦流量計。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000153494A JP3765380B2 (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000153494A JP3765380B2 (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001330484A JP2001330484A (ja) | 2001-11-30 |
| JP3765380B2 true JP3765380B2 (ja) | 2006-04-12 |
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ID=18658741
Family Applications (1)
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