JP3960976B2 - 挿入式渦流量計 - Google Patents

Description

本発明は、挿入式渦流量計に関し、より詳細には、小型の挿入式渦流量計に関する。

渦流量計は、周知のように、流体の流れの中に渦発生体を配設したとき、その渦発生体から単位時間内に発生するカルマン渦の数（渦周波数）が、気体，液体に関係なく所定のレイノルズ数範囲では流量に比例することを利用した推測形の流量計である。発生する渦は、渦発生体周りに生ずる流れ変化，圧力変化等として渦流量計センサ（しばしば単に渦センサという）により検出される。渦センサは、渦発生体内部或いは渦発生体の前面（流体剥離部）より下流側に、固着されるか着脱可能に配設される。

渦流量計は、一般に被測定流体すべてが流量計の測定管を通過するものであるが、測定管（以下、配管という）における流量測定において、配管内にその配管より小口径の測定管をもつ渦流量計を挿入して部分流速を求め、その部分流速から全流量を求める流量計が実用化されている。このとき、配管に挿入式渦流量計の挿入孔を設け、この挿入孔から少なくとも測定管（プローブ管）の部分を挿入すると共に、一般的に、このプローブ本体に固定した軸ユニットの他方側を配管のフランジにフランジ結合している。

挿入式渦流量計は、小さく構成することができ、一般的にコストを安くすることができ、特に、流れ方向の本体長さ（測定管の長さ）について可能な限り短くする方が、小型，安価となり、取扱いも簡単になり、また、挿入取付及び点検のために配管に開けられる穴（挿入孔）も小さくすることができる。

挿入式渦流量計の小型化に関し、測定精度を全く無視して本体長さを短くすることはできず、渦発生体による圧力変動の流れ方向の位置を鑑み、渦間距離に応じて測定管（プローブ管）の流れ方向の長さを規定することで、精度向上をはかった提案もなされている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の挿入形渦流量計は、被測定流体が流れる配管と、配管に開けた穴を通して挿入された状態で配管内に流れと対向するように固定された渦発生体及び該渦発生体を取り巻くプローブ管路と、渦検出器とからなり、さらに、渦発生体の形状に依存して変化する渦間距離をａとしたときに、プローブ管路の長さを、剥離点位置を流れ方向の原点として、下流側長さを０.８ａ〜１.０ａとし、上流側長さを０.２ａ〜０.４ａとしている。

特許文献１に記載の挿入式渦流量計では、剥離点位置からの上流側長さを定めているが、この流量計に限らず、従来の挿入式渦流量計においては、渦発生体へ流入する被測定流体の流れを安定させ測定精度を上げることを目的として、渦発生体を、測定管の上流側端面から下流側にずらした位置に配設している。さらに、従来の挿入式渦流量計においては、同じ目的から、測定管における上流側端面の内壁の断面形状を上流側に向ってテーパ状に広げたりする工夫もなされている。
特許第２８６９０５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものを始めとする従来の挿入式渦流量計は、未だ大きく、その取付部分もフランジによるものであり、取付等が簡易ではなく、高価であった。そして、更なる小型化をはかる際には、精度の面をある程度無視したとしても、流量の大小に拘らず波形の質や精度の安定性を良くする必要があり、単純に相似形として小型化することはできない。特に、配管への挿入孔の直径が３０ｍｍより小さい小型の挿入式渦流量計は、単純に相似形として小型化したものであっても、波形の質が悪く、また器差特性も悪いので、実用化・製品化に至っていない。

ここで、本出願人は、波形の質や精度安定性を考慮した小型化に際し、特に測定管の上流側端面の形状や渦発生体との位置関係もかなりの影響を与えていることを見出した。

本発明は、上述のごとき実状に鑑みてなされたものであり、廉価で、流量の大小に拘らず渦波形の質向上とその精度の安定性をはかることが可能な、小型の挿入式渦流量計を提供することをその目的とする。

また、本発明は、上述のごとき小型の挿入式渦流量計において、測定管の製作を容易にすることを他の目的とする。

さらに、本発明は、上述のごとき小型の挿入式渦流量計において、配管への取り付けを容易にすることを他の目的とする。

本発明は、上述のごとき課題を解決するために以下の技術手段により構成される。
第１の技術手段は、被測定流体が流れる測定管と、該測定管内に、上流側端面が流れに対向するように設けられた柱状の渦発生体と、前記測定管内の前記渦発生体の下流側に設けられた受圧板を有し前記渦発生体の前記上流側端面より生ずるカルマン渦に基づく変動圧力を該受圧板において検出する受圧センサと、を備え、前記測定管が配管と平行となるように該配管に挿入して、前記受圧センサにおける検出値から前記測定管内を流れる被測定流体の流速又は流量を算出し、前記配管内を流れる被測定流体の流速又は流量を算出する挿入式渦流量計であって、前記上流側端面の流れ方向位置が、前記測定管の上流側端面と一致していることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記渦発生体の上流側端面から前記受圧板の上流側までの距離Ｂを、当該挿入式渦流量計における渦ピッチをａとして、Ｂ／ａが０.４５〜１.００とすることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記測定管と前記渦発生体とは一体に形成されていることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれかの技術手段において、当該挿入式渦流量計の前記配管への取り付けは、ネジ込み又は食い込み継手によりなされることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記測定管は、その内壁断面形状が、その上流側端面から少なくとも前記受圧板の後方まで一定であることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１乃至第５のいずれか１の技術手段において、前記測定管の内壁断面形状を矩形とすることを特徴としたものである。

本発明によれば、小型の挿入式渦流量計において、廉価で製作可能で、流量の大小に拘らず渦波形の質向上と精度の安定性をはかることが可能となる。

また、本発明によれば、上述のごとき小型の挿入式渦流量計において、測定管の製作を容易にすることが可能となる。

さらに、本発明によれば、上述のごとき小型の挿入式渦流量計において、配管への取り付けを容易にすることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る挿入式渦流量計の一構成例をその取付先の配管と共に示す図で、図１（Ａ）はその流れに垂直な方向の一部断面図、図１（Ｂ）はその流れ方向の一部断面図、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）の測定管を下方から見た図である。図中、１は挿入式渦流量計、２は配管、２ａは配管２における挿入式渦流量計取付部（以下、流量計取付部という）、１０は挿入式渦流量計１のプローブ部、１１は軸部、１２はプローブ側フランジ部、１３はネジ部、１４は測定管保持部、１４ａは測定管保持テーパ部、１５は測定管、１６は渦発生体、２０は流量変換器、２１は変換器保持部（取付筒）、２２は変換器側フランジ部、２３は伝送ケーブルである。

本発明の一実施形態に係る挿入式渦流量計１は、そのプローブ（少なくとも測定管１５の部分）を配管２に挿入して、配管２内を流動する被測定流体の流速又は流量を求めるためのものである。配管２内を流動する被測定流体の流速又は流量は、測定管１５内を流れる被測定流体の流速又は流量を、配管２の部分流速又は部分流量として算出することで求められる。

これは、配管２の管断面の全体ではなく、その一部について測定しても、流れが均一ならば、その全体流量を推定することができることに基づいている。即ち、挿入形渦流量計は、直管を流れる整流された流体の流速分布はレイノルズ数の関数として与えられる正規分布となり、正規分布においては、配管の中心部から或る距離の位置での流速が平均流速に対してもつ流速比（例えば配管の中心部の流速が平均流速に対してもつ流速比）が定められていることを利用したものである。

挿入式渦流量計１は、そのプローブ部１０に測定管１５，渦発生体１６，渦検出用の受圧センサを備えるものとする。測定管１５は、或る断面形状を所定の長さＬに亘って形成した流路をもつ流管であり、配管２の流路と同様にこの流路に被測定流体が流れることとなる。

図１で例示する挿入式渦流量計１のプローブ部１０は、測定管１５及び渦発生体１６に加え、その本体となる軸部１１を備える。軸部１１には、変換器側フランジ部２２とフランジ接合するためのプローブ側フランジ部１２がその上端に設けられ、さらに流量計取付部２ａのネジ穴に螺合させるためのネジ部１３と、測定管１５を保持する測定管保持テーパ部１４ａ及び測定管保持部１４とが設けられており、それらは内部を貫通する貫通孔がセンサ挿入用に設けられている。

一方、配管２側では、配管２の外壁から内壁へと貫通する流量計挿入孔が穿ってあり、その挿入孔は、その璧面にネジ溝が切ってあり、ネジ穴となっている。この挿入孔は、配管２における流量計取付部２ａに開けられている。

また、流量変換器２０は、変換器保持部（取付筒）２１を介して変換器側フランジ部２２でプローブ部１０側に接合されている。図１では図示しないセンサからの出力は、流量変換器２０に入力され、流量に変換後、流量変換器２０のディスプレイに表示されるか、或いは伝送ケーブル２３を介し外部に出力される。伝送ケーブル２３は、挿入式渦流量計１の電源も得るが、電池式の場合には不要となることもある。なお、図示はしないが、本発明では、流量変換器２０とプローブ部１０とをフランジ接合せずに一体型としてもよく、また流量変換器２０をプローブ部１０に接合しない形態も採り得る。

測定管１５は、その内壁断面形状が、上流側端面（流れの前面）から少なくとも受圧センサの受圧板の後方まで一定であることが好ましく、上流側端面から下流側端面まで一定であることが好ましい。これに対し、従来なされていた、測定管の内壁断面形状をテーパ状や尺状にするといった工夫は、少なくとも本発明の適用対象となる配管２における挿入孔直径が３０ｍｍより小さい挿入孔に挿入可能なプローブ部１０をもった挿入式渦流量計においては、渦波形を反って悪化させることが実験（後述）から分かった。なお、測定管１５は、その内壁断面形状だけでなく外壁断面形状も上流側端面から少なくとも受圧板の後方まで一定、すなわち配管壁の厚みを一定としてもよいが、外壁断面形状は、その上流側端面付近（及び下流側端面付近）で小さくなるように丸みや傾斜をもたせてもよい。また、測定管１５の流路壁間の幅に対する測定管保持部１４の幅は、より小さくして、流路内へ流入する被測定流体の乱れを軽減することが好ましい。

また、測定管１５内には、渦発生体１６が、被測定流体の流れに対向するよう流路に対し鉛直方向に設けられている。渦発生体１６は、柱体であり、その一例として三角柱状のものを図示するが、それに限らず、その水平方向の断面形状は渦発生体１６の両側での剥離によりカルマン渦が交番発生するような形状であればよい。

挿入式渦流量計１の配管２への取り付けは、従来のように配管及び挿入式渦流量計（のプローブ部）の双方にフランジ部を設けてフランジ接合するようにしてもよいが、図１と共に説明したように、ネジ込みによりなされることが好ましい。ネジ込み式を採用することで、簡易取付が可能で廉価に製作でき、勿論、それにより、ボス部だけ変えることで配管２及び配管２の流量計挿入孔の大きさに依らず、あらゆる口径に取付対応可能となる。なお、測定管１５が配管２と平行となるよう配管２に（少なくとも測定管１５の部分を）挿入することで取付を行う。

図２は、図１の挿入式渦流量計におけるプローブの本体を示す図で、図２（Ａ）はその流れに垂直な方向の断面図、図２（Ｂ）はその流れ方向の断面図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）の矢視Ｃ−Ｃ線断面図、図２（Ｄ）はプローブ本体を上から見た図である。また、図３は、図２のプローブ本体に受圧センサを取り付けてなるプローブ部の一例を示す図で、図３（Ａ）はその外観を示す図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ線断面図でプローブ部の流れ方向の断面図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）の矢視Ｃ−Ｃ線断面図である。また、図４は、図３のプローブ部における受圧センサの一例を示す図で、図４（Ａ）はその流れ方向から見た外観図、図４（Ｂ）は図３（Ｂ）に相当する位置から見た外観図、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）を下方から見た外観図、図４（Ｄ）は図３（Ｂ）に相当する位置から見た受圧センサの他の例を示す外観図、図４（Ｅ）は図４（Ｄ）を下方から見た外観図である。

図中、１７はセンサ取付孔、１８はネジ部、３０は受圧センサ、３１，３７は受圧板、３２は振動管、３３は鍔部（フランジ部）、３４はモールド部、３５は伝送線、３６はセンサ回り止め、４１はＯリング、４２，４４は間座、４３はさらバネ、４５は六角孔付き止めネジ（貫通タイプ）であり、その他、図１と同じ構成要素には同じ符号を付してある。

受圧センサ３０は、上述した渦検出用センサの一例であり、測定管１５内の渦発生体１６の下流側に設けられた受圧板（センサ受圧板）３１を有するものとする。受圧センサ３０は、振動管３２内に圧電素子或いは歪みゲージを有する圧力検出素子板を備え、渦発生体１６より生ずるカルマン渦に基づく変動圧力（交番圧力）を受圧板３１において検出するセンサである。そして、挿入式渦流量計１は、受圧センサ３０における検出値から測定管１５内を流れる被測定流体の流速又は流量を、配管２の部分流速又は部分流量として算出し、配管２内を流れる被測定流体の流速又は流量を算出する。

また、受圧センサ３０における受圧板は、図４（Ａ）〜（Ｃ）で例示するように振動管３２の中央に設けてもよいし（受圧板３１）、後述する本発明の一特徴部分としての渦発生体１６からの距離を稼ぐために、図４（Ｄ），（Ｅ）に例示するように下流側にずらしてもよい（受圧板３７）。

上述のごとき受圧センサ３０をプローブ部１０に取り付けるために、受圧センサ３０に鍔部３３を設け、センサ取付孔１７に振動管３２を挿入している。ここで、鍔部３３と測定管保持テーパ部１４ａとの間にＯリング４１などを挟むことで被測定流体の侵入を防ぐことはできる。また、受圧センサ３０からの信号を出力する伝送線３５は、モールド材でモールドされた部分（モールド部３４）で固定されるような配線となっている。なお、伝送線３５は、電力を得るため、及び流量変換器側にセンサ出力を伝送するためのものである。そして、受圧センサ３０を、間座４２，さらバネ４３，間座４４を挟んで、その上から六角孔付き止めネジ（貫通タイプ）４５をネジ部１８に螺合してネジ止めしている。また、六角孔付き止めネジ４５により受圧センサ３０をプローブ部１０の本体に固定する際に、受圧板３１（３７）の方向が変わらないように、凸部などの回り止め３６を鍔部３３等に設けるとよい。回り止めはプローブ部１０の本体側に設けてもよい。

図５は、本発明に係る挿入式渦流量計における測定管内の渦発生体及び受圧板の配置を説明するための図である。ここで、図５（Ａ）は図１の挿入式渦流量計における測定管の水平方向断面図（図３（Ｃ）に相当する図）で、図５（Ｂ），（Ｃ）は渦剥離点から受圧板の上流側端面までの距離に対し、受圧センサの波形の質を調べた実験結果を示す図で、図５（Ｂ）は被測定流体が水である場合の実験結果を、図５（Ｃ）は被測定流体が空気である場合の実験結果を、それぞれ示している。図中、１５ａは測定管１５の上流側端面、１６ａは渦発生体１６の上流側端面、３１ａは受圧板３１の上流側端面、ａは渦ピッチ、Ｂは渦発生体上流側端面（渦剥離点）１６ａから受圧板上流側端面３１ａまでの距離、Ｌは測定管１６の流れ方向長さ、ｄは渦発生体１６の上流側端面の幅、Ｄは測定管１５の内壁の幅、Ｄｏは測定管１５の外壁の幅であり、その他、図１乃至図３と同じ構成要素には同じ符号を付してある。

本発明に係る挿入式渦流量計は、小型化をはかる一方で、渦発生体１６と受圧板３１との間の距離を所定値より大きくすることで、流量の大小に拘らず渦波形の質の向上と渦波形による測定精度の安定性をはかることを可能としている。

その距離を最大限に稼ぐ（長くする）ための方法として、渦発生体１６は、その渦発生体端面（前面）１６ａの流れ方向位置を測定管１５の上流側端面（前面）１５ａと一致させて設けられた柱体とする。上述したが、渦発生体１６の流れに対向する前面１６ａは、フラットにした形状が好ましい。従って、柱体は、その一面を測定管１５の上流側端面（前面）１５ａと一致させた位置に設けた角柱とし、測定管１５と渦発生体１６の両端面１５ａ，１６ａをフラットにすることが好ましい。両端面１５ａ，１６ａをフラットにすることは、製作を容易にする。また、測定管１５と渦発生体１６とは一体型とすることが好ましく、一体型として形成することでプローブ先端部の製造が行い易く、またその手間も省くことができ、廉価となる。

なお、測定管１５、或いは測定管１５及び渦発生体１６は、樹脂製であってもよいが、金属製である方がその強度・耐久性の面からも好ましく、さらには金属粉末射出成型材（ＭＩＭ材）で製作することがその強度・密度だけでなく製作精度の面からも好ましい。例えば、測定管１５（及び渦発生体１６），測定管保持部１４からなる先端部分だけＭＩＭで製作し、ロッド側（測定管保持テーパ部１４ａ）に溶接するようにしてもよい。また、受圧センサ３０の受圧板３１，振動管３２，鍔部３３等もＭＩＭで製作することが好ましい。

また、距離を稼ぐ他の方法として、渦発生体１６の前面から受圧板の上流側端面３１ａまでの距離Ｂを、挿入式渦流量計１における渦ピッチをａとして、Ｂ／ａが０.４５〜１.００とし、より好ましくは０.５４〜１.００とするとよい。なお、渦ピッチａは、被測定流体の流速や測定管１５（及び渦発生体１６）による流路形状などによって異なるが、所定の流路形状及び測定したい流量範囲に基づいて設定しておくとよい。また、距離をとるためにセンサ幅（流れ方向の長さ）を短くする方がよく、通常、このような受圧センサ３０として使用されるものは５ｍｍ程度であるが、大きすぎると距離が稼げないので、センサ受圧板幅を３±１ｍｍ程度やそれ以下とするとよい。

ここで、Ｂ／ａ＝０.４５，０.５４は後述の実験結果に基づく値である。図５（Ｂ）では被測定流体が液体の例として水の場合の実験結果を、図５（Ｃ）では被測定流体が気体又は蒸気の例として空気の場合の実験結果を示している。ここでは、両端面１５ａ，１６ａがフラットで且つ渦ピッチａの実験値が１２ｍｍであるものとして実験しており、Ｂ＝５.５（水），６.５（空気）が、使用可能な波形の限界となっているのが分かる。すなわち、渦発生体１６により渦がきちんと発生し安定するためには、Ｂ＝５.５（水），６.５（空気）以上の距離（それぞれＢ／ａ＝０.４５，０.５４に対応）が必要であることが分かる。この実験結果は、渦が渦発生体１６のエッジから剥離して安定するまでの距離が渦ピッチａの半分程度であることを示しているとも謂える。

また、上述のＢ／ａ＝１.００の値に関し、図５（Ｂ），（Ｃ）では、測定管１５の長さを短くしようとする本発明の主旨に従って渦ピッチａより長い距離Ｂを採用することが好ましくないことから、Ｂ／ａ＞１での実験を行っていない。

また、被測定流体が水である場合の実験では、流路前面（測定管１５の上流側端面１５ａ）が外に広がるテーパ状である場合も併せて行い、その実験結果も併せて図示している。図５（Ｂ）から、テーパ状の場合、波形の質を良くするためには両端面１５ａ，１６ａがフラットの場合と比べ距離Ｂをより大きくする必要があり、測定管１５の小型化（配管２の流量計挿入孔の小型化）には不向きであることが分かる。

また、図５で例示しているように、Ｂ／ａの値の限定だけでなく、上述したように測定管１５及び渦発生体１６の両端面１５ａ，１６ａの位置を一致させて設けることで、波形の質を確保した小型化が一層実現できる。

また、図１乃至図３で図示したように、測定管１５はその断面形状を矩形とすることが好ましい。これは、流路を角断面とし、二次元的な形状とすることで、カルマン渦が綺麗になり渦強度を強め波形の向上をはかったものである。特に、本発明のごとく挿入式渦流量計が小型であり、同時に測定管１５も小型であるため、円形断面などであると、三次元的な流れが生じそれによる影響が大きくなってしまう。

また、本発明のごとく流量計挿入孔の直径が３０ｍｍ（好ましくは２５.４ｍｍ）より小さい小型の挿入型渦流量計においては、測定管１５の内壁断面形状（流路の断面、すなわち内壁面形状）を８ｍｍ×８ｍｍ程度の矩形（角断面）とすることで、渦波形の質を保つことができる。測定管１５の内壁断面形状は、４ｍｍ×４ｍｍの矩形など余り小さくし過ぎると、流路が狭くなりすぎてＲｅなどの問題が生じ、受圧センサ３０の大きさも限定されることもあり、波形が乱れることとなる。図５（Ｂ），（Ｃ）での実験は、８ｍｍ×８ｍｍの矩形を採用したときのものである。但し、８ｍｍ角でなくても原理は同じである。また、三角柱（渦発生体１６）の前面１６ａの幅ｄは、０.２５Ｄ，０.２８Ｄ，０.３１Ｄの３タイプ実験した結果、０.２８Ｄが一番波形が良いこともあり、０.２８Ｄ程度のものを用いるとよい。

ここで、図５を参照して上述した実験の詳細を、その代表的な条件及び結果を例に挙げて説明する。

図６は、本発明に係る挿入式渦流量計において、渦発生体及び受圧板の位置を決定するための実験に用いたプローブ部を示す図で、図６（Ａ）はタイプIの測定管をもつプローブ部、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のプローブ部及びそれが挿入可能な配管の挿入孔のスケールを説明するための図、図６（Ｃ）はタイプIIの測定管をもつプローブ部、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）のプローブ部及びそれが挿入可能な配管の挿入孔のスケールを説明するための図、図６（Ｅ）はタイプIIIの測定管をもつプローブ部、図６（Ｆ）は図６（Ｅ）のプローブ部及びそれが挿入可能な配管の挿入孔のスケールを説明するための図である。図中、図１乃至図５と同じ或いは同様の構成要素には同じ符号を付してある。

実験に用いた図６（Ａ）のプローブ部１０は、測定管１５の流路が８ｍｍ×８ｍｍ、Ｄo＝１０ｍｍ、渦発生体上流側端面１６ａの測定管上流側端面１５ａからの深さが３.５ｍｍ、渦発生体上流側端面１６ａから受圧板３１の中心までの距離がＡ＝１０ｍｍ、Ｌ＝２７ｍｍ、測定管保持部１４の径が８.７ｍｍでその高さが５ｍｍ、軸部１１の径が２９ｍｍとなっており、測定管１５の接円の径が２８.７９ｍｍ（すなわち配管の挿入孔の径は２８.７９ｍｍ以上であればよい）となっている。また、同じく実験に用いた図６（Ｂ）のプローブ部１０は、測定管１５の流路が８ｍｍ×８ｍｍ、Ｄo＝１０ｍｍ、渦発生体上流側端面１６ａの測定管上流側端面１５ａからの深さが０.０ｍｍ、Ｌ＝１６ｍｍ、測定管保持部１４の径が２０ｍｍ、軸部１１のネジがＲｃ３／４となっており、測定管１５の接円の径が１８.８７ｍｍ（すなわち配管の挿入孔の径は１８.８７ｍｍ以上であればよい）となっている。また、同じく実験に用いた図６（Ｃ）のプローブ部１０は、測定管１５の流路が８ｍｍ×８ｍｍ、Ｄo＝１０ｍｍ、渦発生体上流側端面１６ａの測定管上流側端面１５ａからの深さが０.０ｍｍ、Ｌ＝１４.４ｍｍ、測定管保持部１４の径が１７.６ｍｍ、軸部１１のネジがＲｃ１／２となっており、測定管１５の接円の径が１７.５３ｍｍ（すなわち配管の挿入孔の径は１７.５３ｍｍ以上であればよい）となっている。

また、実験には、測定管１５の流路が８ｍｍ×８ｍｍのものに加え、高さ６ｍｍ×幅８ｍｍの矩形となる挿入式流量計も用いた。また、測定管の全長はＬ＝１２，１３，１４，１５，１６，２２，２７ｍｍ、受圧板の流れ方向長さは２，３，５ｍｍ、三角柱の幅はｄ＝２.４８，２.２４，２.００ｍｍとし、測定管上流側端面１５ａもフラットのものだけでなく外にテーパ状に開いたものも用いた。そして、距離Ｂが２.５，３.５，４.０，５.０，５.５，６.０，６.５，７.０，７.５，８.５，９.５，１２.０ｍｍの場合、渦発生体上流側端面１６ａの測定管上流側端面１５ａからの深さが０.０，０.５，２.０，３.０，３.５，４.０，６.５ｍｍの場合を組み合わせて、ＦＦＴ波形及びトリガ波形の質を調べた。

図７乃至図９は、図６（Ｃ），（Ｄ）のプローブ部で行った実験の結果の一例を示す図で、図７はポンプをオンした時（流速０ｍ／ｓ）及び渦周波数が６００Ｈｚ（流速７.２ｍ／ｓ）の時のＦＦＴ波形及びトリガ波形を表した図、図８は渦周波数が１０００Ｈｚ（流速１２ｍ／ｓ）及び２０００Ｈｚ（流速２４ｍ／ｓ）の時のＦＦＴ波形及びトリガ波形を表した図、図９は渦周波数が３０００Ｈｚ（流速３６ｍ／ｓ）及び４０００Ｈｚ（流速４８ｍ／ｓ）の時のＦＦＴ波形及びトリガ波形を表した図である。この例では、被測定流体は空気とし、本体となる配管は、内径φ３５ｍｍで両端ネジＲ３２タイプを用い、流量計の挿入深さは壁面近くとし、流量計自体は、入口前面フラット、流路８ｍｍ×８ｍｍ、Ｌ＝１６ｍｍ、ｄ／Ｄ＝０.２８、三角柱の幅２.２４ｍｍ（△高さ１.５ｍｍ）、三角柱の位置は前面より０ｍｍとした。いずれの波形も、乱れが少なく流量測定に使用可能なものとなっている。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る挿入式渦流量計の一構成例をその取付先の配管と共に示す図で、図１０（Ａ）はその流れに垂直な方向の一部断面図、図１０（Ｂ）はその流れ方向の一部断面図である。図中、２ｂは流量計取付部（ネジ穴）、１３ａは食い込み継手の配管取付ネジ部、１３ｂは同じく取付用ボルト部、１３ｃは軸部１１の位置決め用ナット部、１３ｄはナット部１３ｃと螺合するネジ部、１３ｅは軸部１１固定用のナット部１３ｃ側くさび部であり、その他、図１乃至図６と同じ或いは同様の構成要素には同じ符号を付してある。

本発明の他の実施形態として、挿入式渦流量計１の前記配管２への取り付けは、図に例示するように、食い込み継手によりなされるようにしてもよい。配管２には、ネジ穴をもった流量計取付部２ｂが開けてあり、取付用ボルト部１３ｂをまわすことで配管取付ネジ部１３ａを流量計取付部２ｂに螺合させる。取付用ボルト部１３ｂは内部が空洞となっており、軸部１１を内部に挿入するようになっている。そして、軸部１１の位置決め用ナット部１３ｃは、ナット部１３ｃと螺合するネジ部１３ｄと螺合させ、そのとき、軸部１１固定用のナット部１３ｃ側くさび部１３ｅを、軸部１１とネジ部１３ｄの内側との間にくさびとして入り込ませ、軸部１１の高さ、すなわち測定管１５の高さ（配管２への挿入深さ）を固定する。固定前は測定管１５の挿入深さは自由に変えられるので便利である。このように、食い込み継手は、挿入深さが容易に変更できる他、簡易取付が可能で、あらゆる口径にも取付対応可能である。

本発明の一実施形態に係る挿入式渦流量計の一構成例をその取付先の配管と共に示す図である。 図１の挿入式渦流量計におけるプローブの本体を示す図である。 図２のプローブ本体に受圧センサを取り付けてなるプローブ部の一例を示す図である。 図３のプローブ部における受圧センサの一例を示す図である。 本発明に係る挿入式渦流量計における測定管内の渦発生体及び受圧板の配置を説明するための図である。 本発明に係る挿入式渦流量計において、渦発生体及び受圧板の位置を決定するための実験に用いたプローブ部を示す図である。 図６（Ｃ），（Ｄ）のプローブ部で行った実験の結果の一例を示す図である。 図６（Ｃ），（Ｄ）のプローブ部で行った実験の結果の一例を示す図である。 図６（Ｃ），（Ｄ）のプローブ部で行った実験の結果の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る挿入式渦流量計の一構成例をその取付先の配管と共に示す図である。

符号の説明

１…挿入式渦流量計、２…配管、２ａ…配管における挿入式渦流量計取付部、２ｂ…流量計取付部（ネジ穴）、１０…挿入式渦流量計のプローブ部、１１…軸部、１２…プローブ側フランジ部、１３…ネジ部、１３ａ…食い込み継手の配管取付ネジ部、１３ｂ…取付用ボルト部、１３ｃ…軸部の位置決め用ナット部、１３ｄ…ナット部と螺合するネジ部、１３ｅ…軸部固定用のナット部側くさび部、１４…測定管保持部、１４ａ…測定管保持テーパ部、１５…測定管、１５ａ…測定管の上流側端面、１６…渦発生体、１６ａ…渦発生体の上流側端面、１７…センサ取付孔、１８…ネジ部、２０…流量変換器、２１…変換器保持部（取付筒）、２２…変換器側フランジ部、２３…伝送ケーブル、３０…受圧センサ、３１，３７…受圧板、３１ａ…受圧板の上流側端面、３２…振動管、３３…鍔部（フランジ部）、３４…モールド部、３５…伝送線、３６…センサ回り止め、４１…Ｏリング、４２，４４…間座、４３…さらバネ、４５…六角孔付き止めネジ、ａ…渦ピッチ、Ｂ…渦発生体上流側端面から受圧板上流側端面までの距離、ｄ…渦発生体の上流側端面の幅、Ｄ…測定管の内壁の幅、Ｄｏ…測定管の外壁の幅、Ｌ…測定管の流れ方向長さ。

Claims (6)

1. 被測定流体が流れる測定管と、該測定管内に、上流側端面が流れに対向するように設けられた柱状の渦発生体と、前記測定管内の前記渦発生体の下流側に設けられた受圧板を有し前記渦発生体の前記上流側端面より生ずるカルマン渦に基づく変動圧力を該受圧板において検出する受圧センサと、を備え、前記測定管が配管と平行となるように該配管に挿入して、前記受圧センサにおける検出値から前記測定管内を流れる被測定流体の流速又は流量を算出し、前記配管内を流れる被測定流体の流速又は流量を算出する挿入式渦流量計であって、前記上流側端面の流れ方向位置が、前記測定管の上流側端面と一致していることを特徴とする挿入式渦流量計。
2. 前記渦発生体の上流側端面から前記受圧板の上流側までの距離Ｂを、当該挿入式渦流量計における渦ピッチをａとして、Ｂ／ａが０.４５〜１.００とすることを特徴とする請求項１に記載の挿入式渦流量計。
3. 前記測定管と前記渦発生体とは一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の挿入式渦流量計。
4. 当該挿入式渦流量計の前記配管への取り付けは、ネジ込み又は食い込み継手によりなされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の挿入式渦流量計。
5. 前記測定管は、その内壁断面形状が、その上流側端面から少なくとも前記受圧板の後方まで一定であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の挿入式渦流量計。
6. 前記測定管の内壁断面形状を矩形とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の挿入式渦流量計。

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