JP6674424B2 - 渦流量計 - Google Patents

Description

本発明は、本体流路を備える本体ケースと、本体流路に配置される渦発生体と、渦発生体の下流側に配設され、渦発生体により発生したカルマン渦を検出することにより流量を計測する流量計測部とを備える渦流量計に関する。

真空チャンバ、焼き入れ装置、レーザー加工機、チラー等の熱源は、冷却水により冷却される。これらの装置では、冷却水の循環回路に流量センサと制御弁を配設し、冷却水の流量を設定流量に制御することにより熱源の温度管理をしている。流量センサには、例えば、安価な渦流量計が用いられる。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、本体ケースに形成した本体流路に、渦発生体と流量計測部を配置した渦流量計が開示されている。本体ケースは、流量計測部を挿入される挿入穴が、本体流路に連通するように形成されている。流量計測部は、本体ケースの挿入穴に嵌合される嵌合部と、嵌合部の先端面に突設されて本体流路側に突出する受圧部と、受圧部の内部に配置される圧電素子とを備える。かかる渦流量計は、渦発生体が発生するカルマン渦の交番力が受圧部に作用し、受圧部が振動（撓み変形）すると、圧電素子がその振動（変形）を伝達されて電圧信号を出力する。

特許第３４５６８２２号公報 特許第３９６８７６９号公報

しかしながら、従来の渦流量計は、受圧部が嵌合部の先端面に突設されて短いため、被測定流体が本体流路を低流量で流れる場合に、カルマン渦の交番力が受圧部に作用しても、受圧部が振動せず、圧電素子が電圧信号を出力できないことがあった。受圧部が嵌合部の先端面から突出する長さが長くなれば、受圧部がカルマン渦を受けて振動（変形）しやすくなり、圧電素子の感度が向上する。しかし、これでは、流量計測部の軸線方向の長さが長くなり、渦流量計が大型化してしまう。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、サイズの大型化を抑制しつつ、流量測定精度を向上させることができる渦流量計を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）本体流路を備える本体ケースと、前記本体流路に配置される渦発生体と、前記渦発生体の下流側に配設され、前記渦発生体により発生したカルマン渦を検出することにより流量を計測する流量計測部とを備える渦流量計において、前記流量計測部は、圧電素子と圧電素子ケースを有すること、前記圧電素子ケースは、前記本体ケースに嵌合される嵌合部と、前記嵌合部の本体流路側に位置する先端面から突出し、本体流路内に配置される受圧部と、前記嵌合部に前記圧電素子ケースの軸線方向に沿って形成され、前記嵌合部と前記受圧部との間を隔離する空間部と、前記受圧部の内部に形成され、前記圧電素子を収容するスリットと、を有すること、を特徴とする。

上記構成の渦流量計は、受圧部が嵌合部の先端面から突出する量を変えずに、受圧部の長さを空間部により長くできる。これにより、被測定流体が低流量で、カルマン渦の交番力が小さい場合でも、受圧部が渦発生体により発生したカルマン渦を受けて振動（撓み変形）しやすくなり、圧電素子がカルマン渦を検出できるようになる。このように、上記構成の渦流量計によれば、圧電素子ケースに空間部を設けるだけで、圧電素子の感度が向上するので、サイズの大型化を抑制しつつ、流量測定精度を向上させることができる。

（２）（１）に記載の構成において、前記本体ケースが、前記流量計測部を挿入される挿入穴を形成されていること、前記嵌合部の外周面と前記挿入穴の内壁との間をシールするシール部材を有すること、前記空間部は、前記シール部材が配置される位置の径方向内側に設けられていること、を特徴とする。

上記構成の渦流量計は、シール部材の応力が空間部に遮断されて受圧部に伝わらないので、流量計測部がシール部材の応力の影響を受けずにカルマン渦を検出できる。

（３）（１）又は（２）に記載の構成において、前記圧電素子ケースは、前記空間部に架設される一対のリブを有すること、前記一対のリブは、前記本体流路の軸心方向に沿って設けられていること、を特徴とする。

上記構成の渦流量計は、受圧部がカルマン渦を受けて振動する場合に、一対のリブが受圧部を引っ張って受圧部の振動の振り幅（変形量）を抑制するので、受圧部が共振するのを防いで、流量計測精度を向上させることができる。

従って、本発明によれば、サイズの大型化を抑制しつつ、流量測定精度を向上させることができる渦流量計を実現することができる。

本発明の実施形態に係る渦流量計の断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 圧電素子ケースの正面図である。 図３の上面図である。 図３の下面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 図５のＤ−Ｄ断面図である。 図１に示す測温ケースの上面図である。 図９のＥ−Ｅ断面図である。 実施例を用いて計測された電圧信号の電圧波形を示す図である。 比較例を用いて計測された電圧信号の電圧波形を示す図である。

以下に、本発明に係る渦流量計の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る渦流量計１の断面図である。図１に示すように、渦流量計１は、本体ケース２と制御部１７がケーシング６に収容されている。本体ケース２は、略直方体形状をなし、対向する第１面２ａと第２面２ｂに第１継手１２と第２継手１３がＯリング１４，１５を介して接続されている。

渦流量計１は、第１継手１２に形成された第１ポート１２ａ及び第１流路１２ｂと、本体ケース２に形成された第１ノズル部２４、本体流路２３、及び、第２ノズル部２５と、第２継手１３に形成された第２ポート１３ａ及び第２流路１３ｂが、同軸上に設けられている。本体ケース２は、本体流路２３に沿って上流側から順に、測温体４０と、渦発生体１６と、流量計測部３０が設けられている。尚、本体ケース２とケーシング６は、耐腐食性、強度のある樹脂で形成されている。第１継手１２と第２継手１３は、金属で形成されている。

渦発生体１６は、本体流路２３の軸心方向（図１において左右方向）に対して直交する方向（図１において上下方向）に柱状に設けられている。渦発生体１６は、本体ケース２に一体成形されている。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。渦発生体１６は、本体流路２３の軸心方向に沿って切った断面の形状が六角形形状をなし、入力側（第１継手１２側）から流れてきた被測定流体にカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を非対称に発生させる。流量計測部３０は、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２の交番力が受圧部３１４に作用することによりカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を検出し、被測定流体の流量を計測する。

図１に戻り、本体ケース２は、制御部１７が位置する側の面（図１において上面）に、第１挿入穴２７と第２挿入穴２６が開設されている。第１挿入穴２７は、渦発生体１６より上流側の位置に、本体流路２３に連通するように形成されている。測温体４０は、本体流路２３側に位置する先端面４１５が本体流路２３側に突出しないように第１挿入穴２７に挿入され、本体ケース２にネジ止めされている。第２挿入穴２６は、渦発生体１６より下流側の位置に、本体流路２３に連通するように形成されている。流量計測部３０は、先端部に設けられた受圧部３１４を本体流路２３に突出させるように第２挿入穴２６に挿入され、本体ケース２にネジ止めされている。

流量計測部３０は、圧電素子ケース３１に圧電素子３２を収容したものである。圧電素子３２は、短冊形状の圧電板３２２の一端に電極部３２１を接続したものである。圧電素子３２は、圧電板３２２の歪み変形に応じて電極部３２１から電圧を出力する。圧電素子３２は、圧電素子ケース３１の中央に軸線方向に沿って形成されたスリット３１８に圧電板３２２を挿入し、スリット３１８の開口部に設けられた大径孔部３１７内に電極部３２１を配置した状態で、紫外線硬化性接着剤を用いて圧電素子ケース３１に接着されている。

圧電素子ケース３１は、ガラス繊維を含まない樹脂を、図３〜図８に示す形状に成形したものである。図３は、圧電素子ケース３１の正面図である。図４は、図３の上面図である。図５は、図３の下面図である。図６は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図７は、図３のＣ−Ｃ断面図である。図８は、図５のＤ−Ｄ断面図である。

図３に示すように、圧電素子ケース３１は、嵌合部３１２と、受圧部３１４と、フランジ部３１１を備える。

図３及び図５に示すように、嵌合部３１２は、円柱形状をなす。嵌合部３１２は、本体流路２３側に位置する端部（図３において下端部）に、嵌合部３１２より小径の小径部３１２ｂを備え、段差部３１２ｃが外周面に沿って環状に形成されている。図３に示すように、嵌合部３１２は、環状のシール部材５１が小径部３１２ｂに装着され、段差部３１２ｃによりシール部材５１の移動を制限する。

図３に示すように、受圧部３１４は、嵌合部３１２の本体流路２３側に位置する先端面３１２ａ（図３において下端面）から軸線方向に沿って突出している。図７に示すように、受圧部３１４は、圧電素子ケース３１の軸線に対して直交する方向に切った断面が六角形になる板形状をなし、被測定流体に生じる抵抗を極力小さくするように本体流路２３内に配置される。

図６に示すように、嵌合部３１２は、先端面３１２ａから圧電素子ケース３１の軸方向（図６において上下方向）に沿って、空間部３１９が形成されている。空間部３１９は、受圧部３１４の外周面に沿って形成されている。そのため、受圧部３１４は、嵌合部３１２の内部にて嵌合部３１２に接続し、片持ちされている。受圧部３１４の全長Ｌ１は、空間部３１９を形成されないで嵌合部の先端面に片持ちされる従来型の受圧部と比べ、空間部３１９の長さＬ２の分だけ長く、基端部３１４ｂを基点に撓み変形（振動）しやすい。

空間部３１９は、小径部３１２ｂが形成される領域を超える位置まで、換言すると、段差部３１２ｃより本体流路２３（嵌合部３１２の先端面３１２ａ）と反対側の位置まで形成されている。そのため、空間部３１９は、シール部材５１を装着可能な領域に渡って形成され、シール部材５１の応力が受圧部３１４に作用しないようにしている。

スリット３１８は、受圧部３１４の内部に形成されている。圧電素子ケース３１は、スリット３１８に圧電素子３２の圧電板３２２が挿入され、圧電板３２２とスリット３１８の内壁とを隙間無く接着される。圧電素子３２は、圧電板３２２が受圧部３１４の変形（振動）を伝達されて歪むことにより、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２を検出する。よって、圧電素子３２の感度は、受圧部３１４の振動の振り幅（変形量）が大きいほど、良くなる。

しかし、受圧部３１４の振動の振り幅（変形量）が大き過ぎると、共振する恐れがある。圧電素子３２は、例えば圧電板３２２が１００分の５ｍｍ変形すれば、振動を検出できる。そこで、図５及び図８に示すように、圧電素子ケース３１は、空間部３１９に一対のリブ３１３，３１３を設け、受圧部３１４の変形（振動）を抑制している。一対のリブ３１３，３１３は、受圧部３１４の横幅方向（本体流路２３の軸心方向、圧電素子ケース３１の軸線に対して直交する方向、図５及び図８において左右方向）に沿って対称に設けられ、空間部３１９を分割している。図８に示すように、一対のリブ３１３，３１３の周縁部は、本体流路２３側（嵌合部３１２の先端面３１２ａ側）に位置する面を除き、嵌合部３１２と受圧部３１４に接続している。一対のリブ３１３，３１３は、変形する受圧部３１４を引っ張って、受圧部３１４の変形量（振動の振り幅）を規制する。

図６に示すように、受圧部３１４は、本体流路２３内に配置される先端部３１４ａの厚さが基端部３１４ｂの厚さより薄い。これにより、例えば、渦流量計１の測定可能範囲の下限値が低流量であるために、本体流路２３の流路断面積が小さい場合でも、受圧部３１４と本体流路２３の流路面２３ａとの間に形成される隙間を確保し、受圧部３１４がカルマン渦Ｋ１，Ｋ２の交番力を受けて変形できるようにしている。尚、例えば、渦流量計１の測定可能範囲の下限値が大流量であるために、本体流路２３の流路断面積が大きい場合には、先端部３１４ａと基端部３１４ｂの厚みが同じでも良い。

フランジ部３１１は、嵌合部３１２の本体流路２３と反対側に位置する後端部（図３において上端部）に設けられ、流量計測部３０を第２挿入穴２６に挿入する挿入量を規定する。フランジ部３１１には、固定ねじを挿通するための貫通穴３１６，３１６が形成されている。

図４及び図５に示すように、フランジ部３１１の外縁部には、凹部３１５が設けられている。図５に示すように、凹部３１５は、受圧部３１４及び一対のリブ３１３，３１３と同軸上に設けられ、本体流路２３の軸心方向に沿って形成されている。図１に示すように、本体ケース２は、第２挿入穴２６の側方に、ガイド部２８が設けられている。ガイド部２８は、本体流路２３の軸心方向に対して直交する方向（図中上下方向）に沿って形成され、第２挿入穴２６と平行に設けられている。よって、圧電素子ケース３１は、凹部３１５をガイド部２８に係合させることにより、受圧部３１４を本体流路２３の軸心に対して位置決めできる。

図１に示すように、第２挿入穴２６は、圧電素子ケース３１の嵌合部３１２が嵌め合わされる嵌合凹部２６ａと、受圧部３１４を貫き通される連通部２６ｄを備える。嵌合凹部２６ａは、嵌合部３１２が嵌合される嵌合孔部２６ｂと、小径部３１２ｂが嵌合される小径孔部２６ｃを備え、圧電素子ケース３１を２点支持することにより流量計測部３０のがたつきを抑制する。圧電素子ケース３１と第２挿入穴２６の内壁との間の隙間は、シール部材５１によりシールされている。連通部２６ｄは、受圧部３１４の変形可能領域より大きい円形又は楕円形状に形成され、受圧部３１４と接触しない。

図１に示すように、測温体４０は、測温ケース４１に温度センサ４２を収容したものである。

図９は、図１に示す測温ケース４１の上面図である。図１０は、図９のＥ−Ｅ断面図である。測温ケース４１は、例えばステンレスなどの熱伝導性、耐腐食性の高い金属で形成されている。

図１０に示す測温ケース４１の嵌合部４１２は、円柱形状をなす。嵌合部４１２は、本体流路２３側に位置する端部（図１０において下端部）に、嵌合部４１２より小径に設けられた小径部４１４を備え、段差部４１３が外周面に沿って環状に形成されている。測温ケース４１は、シール部材５２が小径部４１４に装着され、段差部４１３によりシール部材５２の移動を制限する。フランジ部４１１は、嵌合部４１２の本体流路２３と反対側に位置する端部（図１０において上端部）に設けられ、測温体４０を第１挿入穴２７に挿入する挿入量を規定する。図９に示すように、フランジ部４１１には、固定ねじを挿通するための貫通穴４１６，４１６が形成されている。測温ケース４１は、先端面４１５と反対側の面（本体流路２３と反対側に位置する面）に収容孔４１８が円柱形状に開設されている。

図１に示すように、温度センサ４２は、収容孔４１８の内壁に接するように収容孔４１８に挿入され、紫外線硬化性接着剤により測温ケース４１に接着されている。

図１に示すように、第１挿入穴２７は、測温体４０が嵌合する嵌合凹部２７ａと、嵌合凹部２７ａと本体流路２３を連通させる連通部２７ｄを備える。本体ケース２は、嵌合凹部２７ａの嵌合孔部２７ｂと小径孔部２７ｃに測温ケース４１の嵌合部４１２と小径部４１４を挿入されることにより、測温体４０を２点支持して測温体４０のがたつきを抑制する。測温体４０と第１挿入穴２７の内壁との間は、シール部材５２によりシールされている。

制御部１７は、センサ基板３とメイン基板４と表示装置５を備える。センサ基板３は、一対のリード線１０を介して流量計測部３０の圧電素子３２に接続され、リード線１１を介して測温体４０の温度センサ４２に接続されている。また、センサ基板３は、リード線９を介してメイン基板４に接続されている。メイン基板４は、表示装置５が搭載されている。また、メイン基板４は、リード線７を介してコネクタ８に接続され、図示しない外部装置と通信可能に接続される。

続いて、渦流量計１の組立手順について説明する。先ず、本体ケース２に流量計測部３０と測温体４０を取り付ける。具体的に、流量計測部３０の小径部３１２ｂに環状のシール部材５１を装着する。そして、流量計測部３０の凹部３１５を本体ケース２のガイド部２８に係合させ、シール部材５１を押し潰しながら流量計測部３０を第２挿入穴２６の嵌合凹部２６ａに押し込む。フランジ部３１１が本体ケース２に当接する位置まで流量計測部３０を第２挿入穴２６に挿入したら、フランジ部３１１の貫通穴３１６，３１６に図示しない固定ねじを挿通して本体ケース２に締結することにより、流量計測部３０を本体ケース２に固定する。これと同様にして、測温体４０を本体ケース２に固定する。

それから、流量計測部３０に接続する一対のリード線１０と温度センサ４２に接続するリード線１１をセンサ基板３にそれぞれ接続する。ケーシング６の上部カバー６Ａには、メイン基板４と表示装置５とコネクタ８が取り付けられている。リード線９を介してメイン基板４にセンサ基板３を接続したら、上部カバー６Ａを本体ケース２の上端縁２ｄに合わせるように被せてネジで固定した後、本体ケース２をケーシング６の下部カバー６Ｂに収容する。その後、本体ケース２と下部カバー６Ｂを一体的に係合させる。

その後、Ｏリング１４，１５を介して本体ケース２に第１継手１２と第２継手１３をネジ止めする。これにより、渦流量計１の組み立てが完了する。

渦流量計１は、本体ケース２に対して、流量計測部３０と測温体４０とセンサ基板３とメイン基板４を図中上側から同一方向に取り付けることができるので、組み立てやすい。また、リード線１０，１１が、本体ケース２とケーシング６との間に形成される収容スペース内で配線されている。そのため、渦流量計１を組み立てる場合に、リード線１０，１１をシールする必要がなく、Ｏリング１４，１５とシール部材５１，５２により制御部１７の防水性を確保できるので、組立作業が簡単である。更に、流量計測部３０と測温体４０を第２挿入穴２６と第１挿入穴２７に挿入する際に、シール部材５１，５２が段差部３１２ｃ，４１３まで移動し、段差部３１２ｃ，４１３に係止される。そのため、シール部材５１，５２の装着具合が安定する。

続いて、渦流量計１が流量と温度を測定する手順を説明する。図１に示すように、渦流量計１は、第１ポート１２ａから第１流路１２ｂに入力した被測定流体が、第１ノズル部２４により整流されて本体流路２３を流れ、その後、第２ノズル部２５により流速を減速されて第２流路１３ｂへ流出し、第２ポート１３ａから出力される。

被測定流体は、渦発生体１６により、本体流路２３の軸心方向に沿ってカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を非対称に発生し、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２の交番力が流量計測部３０の受圧部３１４に作用する。受圧部３１４は、先端部３１４ａに交番力が作用すると、基端部３１４ｂを基点に振動（撓み変形）する。圧電素子３２は、受圧部３１４から伝達される振動によって圧電板３２２が撓み、圧電板３２２の歪み変形に応じて電極部３２１からセンサ基板３にアナログ信号を出力する。

センサ基板３は、圧電素子３２の電極部３２１から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換する。すなわち、センサ基板３は、しきい値を超えるアナログ信号は「１」に、しきい値を超えないアナログ信号は「０」に変換する。メイン基板４は、渦流量計１の電源がＯＮされたことを契機に、マイコンのプログラムが実行されている。メイン基板４は、当該プログラムにより、センサ基板３からのデジタル信号を受信すると、当該デジタル信号の周波数を検出し、流量を数値化する。表示装置５は、メイン基板４からの数値化された流量を受信して表示する。

渦流量計１は、流量測定の他、被測定流体の温度を測温体４０により計測する。被測定流体の一部は、渦発生体１６の上流側にて第１挿入穴２７に流れ込み、測温体４０の測温ケース４１に接触する。測温ケース４１は、熱伝導性の良い金属で形成されているため、被測定流体と同じ温度に加熱される。温度センサ４２は、測温ケース４１に接触して温度を計測する。よって、測温体４０は、外気温等の影響を受けずに、被測定流体の温度を反応良く検出できる。センサ基板３は、温度センサ４２から被測定流体の温度に関する情報を受信すると、メイン基板４にその情報を送信する。メイン基板４は、センサ基板３から受信した情報に基づいて、表示装置５に被測定流体の温度を表示させる。

圧電素子３２も温度センサ４２も、圧電素子ケース３１と測温ケース４１にそれぞれ接着されている。そのため、渦流量計１は、使用期間や取付姿勢により、圧電素子３２と圧電素子ケース３１との間や、温度センサ４２と測温ケース４１との間に、隙間ができることがなく、流量計測機能と温度計測機能の信頼性を長期間維持できる。

尚、表示装置５は、渦流量計１の取付姿勢に応じて、流量や温度の表示方向（例えば、縦書き、横書き）を変更できるようにすれば、使用者が表示内容を見やすくなり、便利である。

以上説明したように、本形態の渦流量計１は、渦発生体１６と、渦発生体１６の下流側に配設され、渦発生体１６により発生したカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を検出することにより流量を計測する流量計測部３０とを備える渦流量計１において、金属製の測温ケース４１に温度センサ４２を接着剤により接着した測温体４０と、渦発生体１６が配設される本体流路２３と、測温体４０を挿入される第１挿入穴２７とを有し、本体流路２３と第１挿入穴２７とが連通している本体ケース２と、測温体４０と第１挿入穴２７の内壁との間をシールするシール部材５２と、を有すること、第１挿入穴２７に挿入された測温体４０は、本体流路２３側に位置する先端面４１５が、本体流路２３の流路面２３ａより外側の位置に、配置されていること、を特徴とする。

このような構成を有する渦流量計１は、測温体４０が本体流路２３内に突出しないように本体ケース２に取り付けられ、渦の発生や検出に影響を及ぼしにくいので、測温体４０を本体流路２３上に配置しても、流量計測機能に与える影響を抑制できる。また、渦流量計１は、金属製の測温ケース４１に温度センサ４２を接着剤で接着することにより、長期間使用されても、温度センサ４２と測温ケース４１との間に隙間ができにくく、測温体４０が被測定流体の温度を反応良く検出するので、測温機能の信頼性を向上させることができる。

また、本形態の渦流量計１は、測温ケース４１は、温度センサ４２を収容する収容孔４１８が軸線方向に形成されていること、温度センサ４２を収容孔４１８の内壁に接触させた状態で温度センサ４２と収容孔４１８の内壁が接着されていること、を特徴とする。このような渦流量計１は、温度センサ４２を本体流路２３に極力近づけて配置できるので、被測定流体の温度を反応良く検出できる。また、測温ケース４１と収容孔４１８の内壁が接着剤で接着されているので、測温体４０の使用期間や渦流量計１の取付姿勢等によって温度センサ４２と測温ケース４１との間に隙間ができることを回避できる。

また、本形態の渦流量計１は、測温体４０は、渦発生体１６の上流側に配置されていること、を特徴とする。このような渦流量計１によれば、測温体４０が、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２の発生や検出に影響を与えないので、測温体４０を備えない渦流量計と同様の流量計測精度を得ることができる。

従って、本形態によれば、流量計測機能に与える影響を抑制しつつ、測温機能の信頼性を向上させることができる渦流量計を実現することができる。

また、本形態の渦流量計１は、本体流路２３を備える本体ケース２と、本体流路２３に配置される渦発生体１６と、渦発生体１６の下流側に配設され、渦発生体１６により発生したカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を検出することにより流量を計測する流量計測部３０とを備える渦流量計１において、流量計測部３０は、圧電素子３２と圧電素子ケース３１を有すること、圧電素子ケース３１は、本体ケース２に嵌合される嵌合部３１２と、嵌合部３１２の本体流路２３側に位置する先端面３１２ａから突出し、本体流路２３内に配置される受圧部３１４と、嵌合部３１２に圧電素子ケース３１の軸線方向に沿って形成され、嵌合部３１２と受圧部３１４との間を隔離する空間部３１９と、受圧部３１４の内部に形成され、圧電素子３２を収容するスリット３１８と、を有すること、を特徴とする。

上記構成の渦流量計１は、受圧部３１４が嵌合部３１２の先端面３１２ａから突出する量を変えずに、受圧部３１４の長さＬ１を空間部３１９により長くできる。これにより、被測定流体が低流量で、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２の交番力が小さい場合でも、受圧部３１４が渦発生体１６により発生したカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を受けて振動（撓み変形）しやすくなり、圧電素子３２がカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を検出できるようになる。このように、本形態の渦流量計１によれば、圧電素子ケース３１に空間部３１９を設けるだけで圧電素子３２の感度が向上するので、サイズの大型化を抑制しつつ、流量測定精度を向上させることができる。

また、本形態の渦流量計１は、本体ケース２が、流量計測部３０を挿入される第２挿入穴２６を形成されていること、嵌合部３１２の外周面と第２挿入穴２６の内壁との間をシールするシール部材５１を有すること、空間部３１９は、シール部材５１が配置される位置の径方向内側に設けられていること、を特徴とする。

上記構成の渦流量計１は、シール部材５１の応力が空間部３１９に遮断されて受圧部３１４に伝わらないので、流量計測部３０がシール部材５１の応力の影響を受けずにカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を検出できる。

また、本形態の渦流量計１では、圧電素子ケース３１は、空間部３１９に架設される一対のリブ３１３，３１３を有すること、一対のリブ３１３，３１３は、本体流路２３の軸心方向に沿って設けられていること、を特徴とする。

上記構成の渦流量計１は、受圧部３１４がカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を受けて振動する場合に、一対のリブ３１３，３１３が受圧部３１４を引っ張って受圧部３１４の振動の振り幅（変形量）を抑制するので、受圧部３１４が共振するのを防いで、流量計測精度を向上させることができる。

ここで、発明者らは、本形態の渦流量計１に相当する実施例と、従来の渦流量計１００に相当する比較例について、センサ特性を調べる試験を行った。

実施例と比較例は、圧電素子ケース３１，３１Ｘの形状を除き、構成が同じである。実施例の圧電素子ケース３１は、嵌合部３１２と受圧部３１４との間に空間部３１９を備えているのに対し、比較例の圧電素子ケース３１Ｘは、嵌合部３１２Ｘと受圧部３１４Ｘとの間に空間部３１９を備えていない。この点を除き、実施例の圧電素子ケース３１と比較例の圧電素子ケース３１Ｘは構成が同じである。試験は、流量制御弁と、流量センサと、渦流量計と、制御装置とで構成した。そして、制御装置を用いて、流量センサの計測値を０．４Ｌ／ｍｉｎに一致させるように流量制御弁を制御し、実施例と比較例のセンサ基板３により整えられた電圧信号（デジタル信号）を計測した。図１１に実施例を用いて計測された電圧信号の電圧波形を示し、図１２に比較例を用いて計測された電圧信号の電圧波形を示す。図１１及び図１２において、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。

例えば、図１１及び図１２に示すように、実施例は、比較例よりも、出力電圧の波形が均一であり、単位時間あたりの出力電圧の検出回数が多い。すなわち、図１１に示すように、実施例は、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２の交番力が圧電素子ケース３１の受圧部３１４に作用する度に、圧電素子３２から出力されるアナログ信号がセンサ基板３のしきい値を超えるため、換言すると、アナログ信号がしきい値を超えないことがなくなるため、センサ基板３により整えられた電圧信号（デジタル信号）の電圧波形が周期的になる。これに対して、図１２に示すように、比較例は、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２の交番力が圧電素子ケース３１Ｘの受圧部３１４Ｘに作用しても、圧電素子３２から出力されるアナログ信号がセンサ基板３のしきい値を超えない場合が生じ、センサ基板３により整えられた電圧信号（デジタル信号）の電圧波形が不均一になる。これらのことは、実施例は、比較例よりも、圧電素子ケース３１の受圧部３１４がカルマン渦Ｋ１，Ｋ２の交番力を受けて変形しやすく、圧電素子３２の反応が良いことを意味する。よって、圧電素子ケース３１に空間部３１９を設けることにより、渦流量計１の感度が向上することがわかった。

従って、本形態によれば、サイズの大型化を抑制しつつ、流量測定精度を向上させることができる渦流量計１を実現することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施形態では、渦発生体１６を断面六角形形状に形成したが、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２を発生させることができるならば、例えば渦発生体１６の上流側と下流側に位置する両端部を円弧形にしたり、渦発生体１６の断面を他の形状（例えば断面五角形形状）にしたりしても良い。

（２）例えば、圧電素子ケース３１は、ガラス繊維を含んでいてもよい。ただし、ガラス繊維を含まない圧電素子ケース３１は、ガラス繊維を含む圧電素子ケースと比べて柔らかく、撓み易い。そのため、ガラス繊維を含まない圧電素子ケース３１は、低流量の被測定流体が発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２を受けて変形しやすく、流量計測部３０の感度上昇に寄与する。

（３）上記形態では、測温体４０の先端面４１５が本体流路２３の流路面２３ａより径方向外側に位置するように第１挿入穴２７に挿入されているが、先端面４１５が本体流路２３の内壁と面一の位置となるように第１挿入穴２７に挿入しても良い。この場合、先端面４１５は、本体流路２３内に突出しないように、流路面２３ａの形状に合わせた形状とすることが好ましい。

（４）例えば、一対のリブ３１３，３１３を設けなくても良い。

１ 渦流量計
２ 本体ケース
１６ 渦発生体
２６ 第２挿入穴
３０ 流量計測部
３１ 圧電素子ケース
３２ 圧電素子
３１２ 嵌合部
３１３ リブ
３１４ 受圧部
３１９ 空間部
５１ シール部材

Claims (3)

1. 本体流路を備える本体ケースと、前記本体流路に配置される渦発生体と、前記渦発生体の下流側に配設され、前記渦発生体により発生したカルマン渦を検出することにより流量を計測する流量計測部とを備える渦流量計において、
   前記流量計測部は、
   圧電素子と圧電素子ケースを有すること、
   前記圧電素子ケースは、
   前記本体ケースに嵌合される嵌合部と、
   前記嵌合部の本体流路側に位置する先端面から突出し、本体流路内に配置される受圧部と、
   前記嵌合部の前記先端面から前記圧電素子ケースの軸線方向に沿って形成され、前記嵌合部と前記受圧部との間を隔離しており、前記本体流路を流れる被測定流体が流入可能な空間部と、
   前記受圧部の内部に形成され、前記圧電素子を収容するスリットと、を有すること、
   を特徴とする渦流量計。
2. 本体流路を備える本体ケースと、前記本体流路に配置される渦発生体と、前記渦発生体の下流側に配設され、前記渦発生体により発生したカルマン渦を検出することにより流量を計測する流量計測部とを備える渦流量計において、
   前記流量計測部は、
   圧電素子と圧電素子ケースを有すること、
   前記圧電素子ケースは、
   前記本体ケースに嵌合される嵌合部と、
   前記嵌合部の本体流路側に位置する先端面から突出し、本体流路内に配置される受圧部と、
   前記嵌合部に前記圧電素子ケースの軸線方向に沿って形成され、前記嵌合部と前記受圧部との間を隔離する空間部と、
   前記受圧部の内部に形成され、前記圧電素子を収容するスリットと、を有すること、
   前記圧電素子ケースは、前記空間部に架設される一対のリブを有すること、
   前記一対のリブは、前記本体流路の軸心方向に沿って設けられていること、
   を特徴とする渦流量計。
3. 請求項１または請求項２に記載する渦流量計において、
   前記本体ケースが、前記流量計測部を挿入される挿入穴を形成されていること、
   前記嵌合部の外周面と前記挿入穴の内壁との間をシールするシール部材を有すること、
   前記空間部は、前記シール部材が配置される位置の径方向内側に設けられていること、
   を特徴とする渦流量計。

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