JP4458406B2 - 渦流量計 - Google Patents

Description

本発明は、渦発生体により発生したカルマン渦による交番的な圧力変化を機械的変位として検出する圧電素子を有する渦流量計に関する。

渦流量計は、周知のように、流管内に配設された渦発生体から単位時間当りに発生するカルマン渦の数が、所定レイノルズ数範囲で流速に比例することを利用した推測形の流量計である。

図５及び図６を参照して、従来技術の渦流量計を説明する（特許文献１、２参照）。図５は、渦流量計を構成する振動管を示す断面図である。渦流量計本体の流路に設けられた渦発生体には、渦流量計本体に一端を開口した計測室が軸方向に貫通している。計測室には、渦発生体を流れと直角方向に貫通しカルマン渦による変動圧を導入する導入孔が連通している。振動管は、有底空胴部を有する可動管部を備え、かつ、計測室に僅かな隙間を有して渦流量計本体に、振動管取り付けフランジにより液密に片持支持される。可動管部の底部先端側には、流れ方向の面を持つ受圧板が導入孔を略閉止する位置に僅かの隙間を有して設けられている。可動管部内部の空胴部の底部には、渦検出センサ部の先端を係止する小径の係止穴が設けられている。

渦流量計には、渦検出センサが着脱自在なリプレーサブル式と、固定され着脱できない固定式がある。ここではリプレーサブル式で説明を行う。図６に示した渦流量計は、図５に示した振動管内に、渦検出センサ部を挿入して振動伝達可能に一体に固着したものである。振動管と渦検出センサ部との固着部分は、係止穴（図５）とスリット板外周のばね力による接触部分、および、振動管の頭部の上面と素子カバーフランジとの固着部分（ボルト締め）の２箇所である。

渦検出センサ部は、振動管の空胴部内に着脱自在に挿入され、振動管が受けるカルマン渦による圧力変動を忠実に受けて電気信号に変換して出力する部分であり、応力・歪を検出する検出素子（圧電素子）を貼着した弾性母材を有している。

素子カバーは、検出素子部を密封する円筒体で外周には素子カバーフランジが設けられており、これによって弾性母材を振動管に取り付けている。また、素子カバーの上端部は、リード線を気密に挿通するシースパイプの外周と接続され、下端部は、図示Ｑ部分で弾性母材に溶着される。

流路に紙面と直角方向に流体が流れ、紙面と平行な方向にカルマン渦が左右交互に発生すると、変動圧力が生じ受圧板を左右に振動させる。従って、振動管の可動管部は振動管取り付けフランジを支点とし振動し、この振動は、スリット板を介して弾性母材に伝えられる。弾性母材は、上端部で素子カバーに圧入され固着されているので、上端部を支点として片持状に左右に振動し圧電素子板に交番応力を発生させ、渦に対応した電気信号を出力する。この場合、素子カバーの素子カバーフランジと弾性母材との溶着部分Ｑとの区間は弾性変形して弾性母材の振動を可能とする。

このように、振動管の可動管部は振動管取り付けフランジを支点とし振動し、この振動を弾性母材に伝えるために、スリット板が用いられている。スリット板は、放射状のスリットを有する円板状のばね部で外径が係止穴の内径よりも僅かに大きく、弾性母材のスリット板取り付け部の先端に中心部で溶接等により固着される。

このスリット板の溶接について、さらに図７を参照して説明する。図７は、弾性母材のスリット板取り付け部先端部分を拡大して示す図であり、（Ａ）は各部品を別々の状態の組立前を示し、かつ（Ｂ）はスリット板を溶接するために先端部分に載置した組立後の状態を示している。図示したように、従来技術のスリット板は、弾性母材の先端部に、直接スポット溶接されることにより固定されていた。

このような溶接方法では、作業内容を熟知した作業者が行いかつ溶接条件を常に最適に保った場合は、適切な溶接が可能となる。しかし、溶接機のわずかの不備、作業未熟練者等の条件下で溶接した場合は、接着不良、スリット板の破損などの不良が発生し易いという欠点を有している。また、特に、過大流量が流れやすい小口径流量計において、スリット板を破損させることが生じる。
特許第３１５３７４８号公報 特開平７−２９４２９８号公報

本発明は、係る問題点を解決して、溶接機のわずかの不備、作業未熟練者等の条件下で溶接した場合であっても、接着不良、スリット板の破損などの不良を発生することなく、また、特に、過大流量が流れやすい小口径流量計において、スリット板を破損させることも無く、溶接方法を簡素化することを目的としている。

また、本発明は、溶接箇所の構造的強度の向上を図り、かつ、溶接時にスリット板にストレスを与えないことを目的としている。

本発明の渦流量計は、一端が開口した筒状体を有する振動管と、渦発生体により生じた渦変動圧力を受圧可能とするように該振動管の端部に取り付けられた受圧板と、該振動管内部の空胴部内に挿入されて、受圧板の振動を検知して外部に電気信号として伝達する渦検出センサ部とを備える。該渦検出センサ部は、応力或いは歪を検出する検出素子を貼着しかつ振動管の上部開口側に圧入される上端圧入部を持つ弾性母材を有している。小径にした円筒状の弾性母材先端部に、ネジ或いはリベットからなる溶接部材を嵌合するための嵌合穴を設ける。この弾性母材はその端部に、外径が振動管の内径よりも僅かに大きい円板状をして、複数の放射状のスリット或いは切欠きが穿設されたバネ性を有するスリット板を固着する。このスリット板の固着は、弾性母材先端部に載置した該スリット板を、嵌合穴にネジを嵌合するか或いはリベットを圧入することにより固定した後、該ネジ或いはリベットからなる溶接部材を弾性母材に対してスポット溶接することにより行う。

本発明によれば、固定方法が簡単になるので効率よく生産でき、作業時間の短縮を図ることができる。

また、溶接部材としてのネジ、リベット等の追加により高い強度が得られ、そのため、スリット板の剥離が発生しなくなる。

また、スリット板にストレスを与えないため、使用時の耐久性を向上できる。

以下、例示に基づき、本発明を説明する。本発明は、スリット板の固着構造に特徴を有しているが、その説明の前に、本発明を適用することのできる渦流量計の全体構成を図１を参照して渦センサ固定式を例として説明する。

図示の渦流量計は、例えば、円筒状の流管（図示せず）とこの流管内に両端が固着された渦発生体（図示せず）とからなる渦流量計本体（図示せず）に装着される。渦発生体には、一端側から軸方向に凹陥状の計測室が穿設されており、計測室には渦発生体の両側部に開口する圧力導入孔が連通している。

図示の振動管は、一端が開口した筒状体で、その端部（底部）に取り付けられた受圧板が、渦発生体の圧力導入孔から計測室内に導入される渦変動圧力を有効に受圧可能とするように、計測室内に緩挿される。そして、振動管は、一端側外周に配設されたフランジが渦流量計本体の取付面にボルト等で片持式に固着される。

さらに、このような振動管内部の空胴部内には、振動を検知して外部に電気信号として伝達する渦検出センサ部が挿入される。渦検出センサ部は、振動管が受けるカルマン渦による圧力変動を忠実に受けて電気信号に変換して出力する部分であり、応力・歪を検出する検出素子（圧電素子）を貼着した弾性母材を有している。弾性母材は、振動管の上部開口側に圧入される上端圧入部を有している。振動管底部側の端部は、その内径が小径にされ、或いは、下端面に向けテーパ状に切削され、端面が平坦となっている。弾性母材の中間部の外径は振動管の内径より僅かに小径のため、振動管とは非接触である。

素子カバーは、検出素子部を密封する円筒体で、外周に設けた素子カバーフランジによって振動管に取り付けられている。また、素子カバーの上端部は、リード線を気密に挿通するシースパイプの外周と接続される。シースパイプの他端側にはハーメチック端子を内部に有するターミナルブロックが貫通固着されている。シースパイプ内には、２本のリード線が挿通され、検出素子出力端とハーメチック端子間に接続される。ハーメチック端子には、端子を有する外部リード線が接続される。

図２及び図３は、渦検出センサ部本体の詳細を示す図である。図２（Ａ）は、左側面図、図２（Ｂ）は縦断面図、図２（Ｃ）は端部のスリット板の左側面図である。また、図３は図２を９０度回転させた図であり、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は圧電素子側から見た側面図である。

弾性母材は、振動管内に圧入され、振動管に作用する渦変動差圧を受けて交番変位する振動管の変位を忠実に伝達させるための柱状体である。振動管の上部開口側に圧入される上部圧入部は、２面取りが形成されており、各々の面には、振動検出素子、例えば、圧電素子が貼着されている。圧電素子は、厚さ方向に分極され、非貼着面には多孔板からなる電極板が貼着されている。圧電素子は、弾性母材を一方の出力端とし、両側の電極板は接続されて、他方の出力端としたパラレルタイプのバイモルフを構成している。

以上説明した渦流量計構成は、通常のものである。本発明は、弾性母材の端部にスリット板を固着した構成に特徴を有している。スリット板は、外径が振動管の内径よりも僅かに大きい円板状をしており、複数の放射状のスリット或いは切欠きが穿設され、支持片（スリット等により分割された各部分）を構成している。スリット板は、弾性母材を軸方向に変位可能にするばね作用を有している。スリット板を振動管底部の小径部内に圧入したとき、進入方向に湾曲して容易に挿入され、振動管の振動変位を弾性母材に忠実に伝達させることができる。

本発明の特徴とするスリット板の固着について、さらに図４を参照して説明する。図４は、弾性母材のスリット板取り付け部先端部分を拡大して示す図であり、（Ａ）は各部品を別々の組立前の状態で示し、かつ（Ｂ）はスリット板を溶接するために先端部分に載置した組立後の状態を示している。

図示したように、スリット板を取り付けた際にスリット板がバネ性を有するように、円筒状の弾性母材先端部は、他の部分よりも小径にして、細くされると共に、ネジ或いはリベットを嵌合するための穴が設けられ、また、ネジ取付の場合はこの穴内にネジ溝が形成される。スリット板は、弾性母材の先端部に、スポット溶接されることになるが、この溶接前に、最初に、ネジ或いはリベットのような溶接部材により固定される。即ち、ネジにより固定されるか、リベットが圧入される。その後、溶接部材が弾性母材に対して溶接される。これによって、スリット板が弾性母材先端部に固定される。

この結果、ネジ、リベットのような溶接部材の追加により高い強度が得られ、そのため、スリット板の剥離が発生しなくなる。また、スリット板にストレスを与えないため、使用時の耐久性を向上できる。

なお、本実施例は渦センサ固定式で説明をしたが、本発明はリプレーサブル式でも適用可能である。

本発明を適用することのできる渦流量計の全体構成を示す図である。 渦検出センサ部本体の詳細を示す図である。 図２を９０度回転させて示す渦検出センサ部本体の図である。 本発明の特徴とするスリット板の固着について説明する図である。 従来技術の渦流量計を構成する振動管を示す断面図である。 図５に示した振動管内に、渦検出センサ部を挿入して振動伝達可能に一体に固着した従来技術の渦流量計を示す図である。 従来技術のスリット板の溶接について説明する図である。

Claims (1)

1. 一端が開口した筒状体を有する振動管と、渦発生体により生じた渦変動圧力を受圧可能とするように該振動管の端部に取り付けられた受圧板と、該振動管内部の空胴部内に挿入されて、前記受圧板の振動を検知して外部に電気信号として伝達する渦検出センサ部とを備え、該渦検出センサ部は、応力或いは歪を検出する検出素子を貼着しかつ振動管の上部開口側に圧入される上端圧入部を持つ弾性母材を有する渦流量計において、
   小径にした円筒状の弾性母材先端部に、ネジ或いはリベットからなる溶接部材を嵌合するための嵌合穴を設け、
   前記弾性母材はその端部に、外径が振動管の内径よりも僅かに大きい円板状をして、複数の放射状のスリット或いは切欠きが穿設されたバネ性を有するスリット板を固着し、
   該スリット板の固着は、前記弾性母材先端部に載置した該スリット板を、前記嵌合穴に前記ネジを嵌合するか或いは前記リベットを圧入することにより固定した後、該ネジ或いはリベットからなる溶接部材を前記弾性母材に対してスポット溶接することにより行うことを特徴とする渦流量計。

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