JP4271417B2 - 渦流量計とその製造方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、管内を通過する流体の流量を測定するための渦流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、一様な速さで流れる流体中の下流にはカルマン渦を発生させ、このカルマン渦の周波数を検出することによって流体の流速を測定することができる。この方法を利用して流体の流速又は流量を測定する装置は、流量に応じて比例信号を出力するもので、液晶、半導体洗浄装置、スーパーコンピュータ冷却装置、純水製造装置、粋瞬間湯沸器のフィードフォワード制御やバーナの発停などに使用されるほか、浴槽への積算流量、電気温水器の残湯量検出用センサ等各種流体流量の制御、監視などに広く用いられており、例えば、特開平10−142017号公報に開示されている。
【0003】
図6は、その一例を示すもので、この渦流量計F'は、本体21、渦発生体22、渦検出器23、弾性鞘体24、圧電素子25等で構成されている。本体21には、内部を貫通する断面円形の流路21aが形成され、流路21aを流体がX方向に流れる。また、外側壁の一部に平坦部21bが形成されている。この平坦部21bは、流路21aに連通する第1の孔21b1と第2の孔21b2とが所定間隔をおいて穿設され、第1の孔21b1が上流に位置する。
【0004】
渦発生体22は、図7に示すように、角柱、例えば台形状6角柱の外形を有し、軸部22aと第1の孔21b1に嵌合すると共に平坦部21bに係合する頭部22bとで構成され、第1の孔21b1から流路21aに軸部22aが挿入されている。
【0005】
渦検出器23は、絶縁性を有する弾性鞘体24と圧電素子25とで構成され、第2の孔21b2から流路21aに弾性鞘体24の受圧翼片24aが挿入されている。弾性鞘体24は、弾性合成樹脂で成形され、流路21aの上流側と下流側とに向かって張り出した受圧翼片24aと第2の孔21b2に嵌合するとともに、平坦部21bに嵌合する頭部24bとで構成されている。圧電素子25は、弾性鞘体24の圧電素子収容部24cに絶縁性を有する熱硬化性の弾性エポキシ樹脂で埋設され、検出信号はリード線25aによって外部に出力される。蓋体27は、平坦部21bにねじ止め等の手段によって取り付けられ、第1の孔21b1に対応させた第1のねじ孔27a1と、第2の孔21b2に対応させた第2のねじ孔27a2とが設けられている。
【0006】
第1の環体28Aは、第1のねじ孔27a1に螺合して、渦発生体22の頭部22bを第1のパッキン20Aを介して平坦部21bに密着させ、流体の漏洩が生じないようにしている。また、第2の環体28Bは、第2のねじ孔27a2に螺合して、弾性鞘体24の頭部24bを第2のパッキン20Bを介して平坦部21bに密着させ、流体の漏洩が生じないようにしている。
【0007】
上記構成を有する流量計F'の動作は、本体1の流路21aをX方向に流れる流体に、渦発生体22によってカルマン渦が発生し、このカルマン渦は渦検出器23に向かって移動し、弾性鞘体24の受圧翼片24aの両側を交互に通過するので、カルマン渦が通過する度に、圧電素子25に歪力による電荷が発生する。
【0008】
したがって、圧電素子25に発生する電荷を検出信号としてリード線25aで取り出し、例えば、波形整形回路によって渦周波数に対応した矩形波信号等に変換し、係数回路によって流量表示出力信号等に変換するか、あるいは流量制御装置等への制御信号とすることにより、流量の測定をすることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の従来の流量計は、本体と渦発生体と渦検出器とを別体で製作し、本体に渦発生体と渦検出器とを所定位置に取り付けるか、又は、本体と渦発生体と一体に製作し、渦検出器を別に成形し本体の所定位置に取り付けることが行われていた。
【0010】
本体21と渦発生体22と渦検出器23とを別体で製作し、本体21に渦発生体22と渦検出器23とを所定位置に取り付ける場合は、図7に示すように、渦発生体22と渦検出器23との中心線Cが同一線上に取り付けられないことがあり、渦発生体22が曲がって取り付けられた場合、上流側からみると渦発生体22の幅が見掛け上増加したような状態となり、渦発生体22がまっすぐ取り付けられた状態とは異なる周波数が出力される。これによりバラツキが生じたりして正確な流量を測定することができなかった。
また、本体21と渦発生体22と一体に製作し、渦検出器23を別に成形し本体の所定位置に取り付ける場合も、渦検出器23の後方に発生する渦が変動したりバラツキが生じたりして正確な流量を測定することができなかった。
【0011】
また、従来、渦発生体22を成形する場合、図8に示すように、上流側の3辺部分と下流側の3辺部分の金型を用いて渦発生体22を成形するので、その割型の時発生するバリ22cが左右の金型の接触部分で発生し、ばり22cを取っても完全に平滑にならず、渦発生体を流路の中に設置して流体を流すとばり22cが残存した部分で流れの乱れが発生し、正確な流量を測定することができなくなるという問題点がある。
【0012】
本発明は、従来の渦流量計とその製造方法におけるこのような問題点を解決し、正確な流量を測定するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部を貫通する流路が形成されると共に、外壁部の上面側に平坦部が形成され、該平坦部には前記流路の上流側と下流側のそれぞれに第1の取り付け孔と第2の取り付け孔が穿孔された本体と、前記流路の上流側に配設され、角柱状の外形を有する軸部と前記平坦部の前記第1の取り付け孔に嵌合される頭部とで構成される渦発生体と、前記流路の下流側に配設され、前記流路の上流側と下流側とに向かって張り出した受圧翼片と前記平坦部の前記第2の取り付け孔に嵌合される頭部とからなる絶縁性の弾性鞘体と、圧電素子とで構成される渦検出器とを備え、前記流路の通水量に比例して、前記渦検出器による出力から流量を測定する渦流量計において、前記渦発生体の前記頭部と前記渦検出器の前記頭部とを連結する平板状の連結部材を設け、前記渦発生体と前記渦検出器と前記連結部材とは、前記渦発生体の中心線と前記渦検出器の中心線とが同一線上で左右対称に配置されて、合成樹脂により一体成形され、前記一体成形された部材は、前記渦発生体と前記渦検出器とが前記平坦部の前記第1の取り付け孔と前記第2の取り付け孔にそれぞれ挿入されると共に前記連結部材が前記平坦部に載置されるようにして、前記本体に組み合わされている渦流量計を構成して第1の課題解決の手段としている。
【0014】
また、請求項1又は2のいずれか1項に記載の渦流量計の製造方法であって、前記渦発生体と前記渦検出器と前記連結部材の外形を成形した平面視で左右対称の金型を用いて前記一体成形を行い、該一体成形した部材を、前記渦発生体と前記渦検出器とを前記平坦部の前記第1の取り付け孔と前記第2の取り付け孔にそれぞれ挿入すると共に前記連結部材を前記平坦部に載置するようにして、前記本体に取り付ける渦流量計の製造方法を構成して第2の課題解決の手段としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
この実施形態の渦流量計は、図1に示すように、前記の渦流量計とほぼ同一の全体構造に形成されている。
【0016】
すなわち、この実施形態の渦流量計Fは、本体1と渦発生体2と渦検出器3と連結部材4と基板ケース5と基板ケース回転体6等で構成されている。本体1には、内部を貫通する断面円形の流路1aが形成され、流路1aを流体がX方向に流れる。また、外側壁の一部に平坦部1bが形成されている。この平坦部1bは、流路1aに連通する第1の孔1b1と第2の孔1b2とが所定間隔をおいて穿設され、第1の孔1b1が上流に位置する。
【0017】
本体1の両端部には管路7,7がOリング8,8を介して接続され、流体の漏洩が生じないようになっているとともにパイプ継手9,9によって連結されている。
【0018】
渦発生体2は、合成樹脂製で形成され、図2に示すように、角柱、例えば台形状6角柱の外形を有し、軸部2aと第1の孔1b1にOリング10を介して流体の漏洩が生じないように嵌合されると共に平坦部1bに係合する頭部2bとで構成され、第1の孔1b1から流路1aに軸部2aが挿入されている。
【0019】
渦検出器3は、絶縁性を有する弾性鞘体11と圧電素子(図示せず)とで構成され、第2の孔1b2から流路1aに弾性鞘体11の受圧翼片11aが挿入されている。弾性鞘体11は、弾性合成樹脂で成形され、流路1aの上流側と下流側とに向かって張り出した受圧翼片11aと第2の孔1b2にOリング10を介して嵌合するとともに、平坦部1bに嵌合する頭部11bとで構成されている。検出信号はリード線12によって外部に出力される。
【0020】
連結部材4は平板状に合成樹脂製で形成され、渦発生体2と渦検出器3とともに一体に成形されている。
【0021】
基板ケース5は、基板ケース回転体6にねじ止め、又は波ワッシャとC形止め輪等の手段によって取り付けられている。
【0022】
基板ケース回転体6は、円筒状に形成され、基板ケース5との取り付け部を有する頭部6aと円筒部の内部に形成された筒部6bとからなり、筒部6bの内部にOリング13を介して流体の漏洩が生じないように軸部14が嵌合され、軸部14を中心に基板ケース回転体6が回転自在になっている。
【0023】
上記構成を有する渦流量計Fの動作は、本体1の流路1aをX方向に流れる流体に、渦発生体2によってカルマン渦が発生し、このカルマン渦は渦検出器3に向かって移動し、弾性鞘体11の受圧翼片11aの両側を交互に通過するので、カルマン渦が通過する度に、圧電素子に歪力による電荷が発生する。
【0024】
したがって、渦発生体2の下流側に発生するカルマン渦の発生周波数が流速に比例するので、渦検出器3の圧電素子に発生する電荷を検出信号としてリード線12で取り出し、例えば、波形整形回路によって渦周波数に対応した矩形波信号等に変換し、係数回路によって流量表示出力信号等に変換するか、あるいは流量制御装置等への制御信号とすることにより、流量の測定をすることができる。
【0025】
本発明の渦流量計において、渦発生体2と渦検出器3と両者を結合する連結部材4を一体に製造する方法は、図3に示すように、流体の上流側に一辺2dを配置し、平面視で左右対称に設置する渦発生体2の外形と流路の上流側と下流側とに向かって張り出した受圧翼片11aを配置し、平面視で左右対称に設置する渦検出器3の外形と両者を結合する連結部材4との外形を成形した平面視で左右対称の金型Tを用いて、図4に示すように、射出成形機Iから合成樹脂を成形金型の成形空所TAに流し込み、冷却後、左右の金型T,Tを引き離し、前記渦発生体2と渦検出器3と連結部材4とを一体成形する。その後、図5に示すように、渦発生体2の長辺と短辺との中央に生じたばり2cを取り除き、該一体成形部材を本体の所定位置に取り付ける平坦部1b側から孔1b1,1b2にそれぞれ渦発生体2と渦検出器3を挿入し、連結部材4を平坦部1b上に載置し、本体1に取り付ける。
【0026】
上記実施例のほか、渦発生体は、台形状6角柱の外形を有するもの以外に、流体の上流側に長辺を配置し、平面視で左右対称に設置する変形例のものでも、前記の実施形態のものとほぼ同様の作用効果が得られることは、容易に類推できる。
【0027】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
(1)渦発生体と渦検出器と連結部材とを、渦発生体の中心線と渦検出器の中心線とが同一線上に配置されて、合成樹脂により一体成形しているので、渦発生体部分に型ずれが発生せず、渦の発生にばらつきや変動がなくなり、正確な流量が測定できる。
(2)前記(1)により、渦発生体と渦検出器とを調整することがなくなり、作業能率を向上することができる。
(3)渦発生体と渦検出器と連結部材との外形を成形した平面視で左右対称の金型を用いて、渦発生体と渦検出器と連結部材とを一体成形するので、バリが流体の流れ方向に発生しなくなり、渦の発生にばらつきや変動がなくなり、正確な流量が測定できる。
(4)渦発生体は多角形を有するもので、流体の上流側に長辺を配置した場合も、流量の精度が向上し、個体差が減少し、前記とほぼ同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施の形態に係る渦流量計の断面図である。
【図2】図1の実施の形態に係る渦流量計における渦発生体と渦検出器と連結部材とからなる端子の図であって、(イ)は正面図、(ロ)は平面図である。
【図3】図2のA−A'線に沿ってみた断面図である。
【図4】射出成形機から金型に合成樹脂を射出する状態を示す概念図である。
【図5】渦発生体の平面図である。
【図6】従来の渦流量計の断面図である。
【図7】従来の渦流量計の渦発生体と渦検出器との平面図である。
【図8】従来の渦発生体の平面図である。
【符号の説明】
1 本体
1a 流路
2 渦発生体
3 渦検出器
4 連結部材
5 基板ケース
6 基板ケース回転体
7 管路
8 Oリング
9 パイプ継手
10 Oリング
11 弾性鞘体
11a 受圧翼片
12 リード線
Claims (3)
- 内部を貫通する流路が形成されると共に、外壁部の上面側に平坦部が形成され、該平坦部には前記流路の上流側と下流側のそれぞれに第1の取り付け孔と第2の取り付け孔が穿孔された本体と、前記流路の上流側に配設され、角柱状の外形を有する軸部と前記平坦部の前記第1の取り付け孔に嵌合される頭部とで構成される渦発生体と、前記流路の下流側に配設され、前記流路の上流側と下流側とに向かって張り出した受圧翼片と前記平坦部の前記第2の取り付け孔に嵌合される頭部とからなる絶縁性の弾性鞘体と、圧電素子とで構成される渦検出器とを備え、前記流路の通水量に比例して、前記渦検出器による出力から流量を測定する渦流量計において、
前記渦発生体の前記頭部と前記渦検出器の前記頭部とを連結する平板状の連結部材を設け、前記渦発生体と前記渦検出器と前記連結部材とは、前記渦発生体の中心線と前記渦検出器の中心線とが同一線上で左右対称に配置されて、合成樹脂により一体成形され、
前記一体成形された部材は、前記渦発生体と前記渦検出器とが前記平坦部の前記第1の取り付け孔と前記第2の取り付け孔にそれぞれ挿入されると共に前記連結部材が前記平坦部に載置されるようにして、前記本体に組み合わされていることを特徴とする渦流量計。 - 前記内部を貫通する流路は、断面円形であることを特徴とする請求項1に記載の渦流量計。
- 請求項1又は2のいずれか1項に記載の渦流量計の製造方法であって、
前記渦発生体と前記渦検出器と前記連結部材の外形を成形した平面視で左右対称の金型を用いて前記一体成形を行い、該一体成形した部材を、前記渦発生体と前記渦検出器とを前記平坦部の前記第1の取り付け孔と前記第2の取り付け孔にそれぞれ挿入すると共に前記連結部材を前記平坦部に載置するようにして、前記本体に取り付けることを特徴とする渦流量計の製造方法。
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