JPH02210221A - 過流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、流体の流れに対応したカルマン渦により渦発
生体に生ずる交番力を検出して、渦流量信号として取り
出す渦流量計に係り、特に低流量域においても流量を検
出することができるように改良した渦流量計に関する。

〈従来技術〉 第４図は従来の渦流量計の検出部の断面を示す断面図で
ある。

１０は流体が流れる管路、１１は管路１０に直角に設け
られた円筒状のノズルである。１２はノズル１１とは間
隔を持って管路１０に直角に挿入された台形断面を持づ
柱状の渦発生体であり、その一端はネジ１３により管路
１０に支持され、他端はフランジ部１４でノズル１１に
ネジ或いは溶接により固定されている。１５は渦発生体
１２の７ランノ部１４側に設けられた凹部である。この
凹部１５の中にはその底部から順に金属製の台座１６、
圧電素子１７、電極板１８、絶縁板１９、を極板２０、
圧電素子２１がサンドイッチ状に配列され金属製の押圧
棒２２でこれ等は抑圧固定されている。さらに、電極板
１８からはリード線２３、電極板２０からはリード線２
４がそれぞれ端子Ａ、Ｈに引き出されている。

圧電素子１７．２１は各圧電素子１７．２１の紙面に向
かって左側と右側とがそれぞれ逆方向に分極されており
同じ方向の応力に対して互いに上下の電極に逆極性の電
荷を発生する。

圧電素子１７に発生した電荷は電極板１８と接続された
端子Ａと台座１６を介して接続された管路ｌＯとの間に
得られ、圧電素子２１に発生した電荷は電極板２０と接
続された端子Ｂと押圧棒２０と接続された管路１０との
間に得られる、この２個の電極板１８．２０に発生した
電荷は第５図に示すように電荷増幅器２５．２６に入力
される。電荷増幅器２５の出力と電荷増幅器２６のＩｌ
ｊ力をボリウム２７を介した出力とを加算器２８で加算
して渦信号を得る。これ等の電荷増幅器２５．２６、お
よび加算器２８によりチャージコンバータ２９を構成し
ている。

図示していないが、このチャーコンバータ２９の出力端
に得られる渦信号は低域ろ波器に出力されここで高周波
ノイズが除去されてシュミツｌ−回路に出力される。こ
こで測定流量に比例しな渦流量信号に変換されて出力回
路に送出される。この出力回路は渦流量信号をこれに比
例した電流信号に変換して出力端に出力する。

次に、以上のように構成された渦流量計の動作について
第６図を用いて説明する。

流体が管路１０の中に流れると渦発生体１２に矢印Ｆで
示した方向にカルマン渦による振動が発生する。この振
動により渦発生体１２には第６図（ａ）に示すような応
力分布とこの逆の応力分布の繰返しが生じ、各圧電素子
１７．２１には第６図（ａ）に示す渦周波数を持つ信号
応力に対応した電荷＋Ｑ、−Ｑの繰返しが生じる。なお
、第６図においては説明の便宜のため電極板１８或いは
２１を紙面に対して左右に２つに分割し、かつ上下の一
方の電極は台座１６あるいは押圧棒２２に相当するもの
としである。

一方、管路１０にはノイズとなる管路振動も生じる。こ
の管路振動は■流体の流れと同じ方向の抗力方向、■流
体の流れとは直角方向の揚力方向、■渦発生体の長平方
向の３方向酸分に分けられる。

このうち、抗力方向の振動に対する応力分布は第６図（
ｂ）に示すようになり１個の電極内で正負の電荷は打ち
消されてノイズ電荷は発生しない。

また、長手方向の振動に対しては第６図（ｃ）に示すよ
うに電極内で打ち消されて抗力方向と同様にノイズ電荷
は発生しない。

しかし、揚力方向の振動は信号応力と同一の応力分布と
なりノイズ電荷が生じる。そこで、このノイズ電荷を消
去するなめに以下の演算を実行する。圧電素子１７．２
１の各電荷をＱｌ、Ｑ２、信号成分をＳ、　、Ｎ２．揚
力方向のノイズ成分をＮ１、Ｎ２とし、圧電素子１７．
２１で分極を逆とすると（ｈ、Ｑ２は次式で示される。

ＱＩ　＝Ｓ＋　＋Ｎ。

Ｑ２＝　　８２　　Ｎま ただし、Ｓ、とＳ、＋　Ｎ、とＮ２のベクトル方向は同
じである。ここで、圧電素子１７．２１の信号成分とノ
イズ成分の関係は第６図（ｄ）（ｅ）（この図は揚力方
向のノイズと信号に対する渦発生体の曲げモーメントの
関係を示す）に示すようになっているので、第５図に示
すように圧電素子１．７１Ｆｌの電荷増幅器２５の出力
を加算８２８で加算する際にボリウム２７と共にＮ、／
Ｎ２倍して圧電素子２１側の電荷増幅器２６の出方と加
算すると、 ＱＩ　　Ｑ２　　（Ｎ＋　／Ｎ２　） ＝Ｓ＋　　３２　（Ｎ、／Ｎ２　＞と なり管路ノイズは除去され測定流量に比例した渦信号を
得ることができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来の渦流量計は、測定流量が
大きい流量領域ではノイズの影響も少なく安定に測定流
量に比例した流量信号を出力することができるが、流量
の流れのプロフィールが大幅に変化する低流量領域では
突然に渦が発生しなくなり、測定流量が昔日わらなくな
るという問題がある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上のような課題を解決するなめに、測定流
体により渦発生体に発生する渦周波数を検出する渦検出
手段と、この渦発生手段の出力が入力されこれを信号処
理して前記渦発生体の流量に比例する渦流量信号として
出力する信号処理手段と、この信号処理手段の出力を用
いて前記測定流体の流量を演算する流量演算手段と、前
記信号処理手段の出力と温度信号と圧力信号とが入力さ
れあらかじめメモリに記憶されている温度と圧力に対応
したパラメータとを用いてレイノルズ数を演算するレイ
ノルズ数演算手段と、このレイノルズ数が所定の低い限
界レイノルズ数に達したか否かを判断する判断手段と、
前記測定流体により前記渦発生体に発生ずる抗力を測定
して抗力信号を出力する抗力測定手段と、この抗力信号
を用いこれを開平し、て前記測定流量に比例する低流量
信号を演算する低流量演算手段と、前記限界レイノルズ
数に達したときに前記流量演算手段の出力をこの低流量
演算手段の出力に切り換える切換手段とを具備するよう
にしたものである。

く作　用〉 測定流量が低下して限界レイノルズ数に近傍に達すると
渦流量信号側から抗力信号側に切り換えて低流量信号を
出力する。

これにより、ゼロ流量領域から大流量領域まで滑らかに
渦信号が出る。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図であり
、第２図は検出部の構成を示す縦断面図である。なお、
従来の構成と同一の機能を有する部分については同一の
符号を付して適宜にその説明を省略する。

検出部には渦周波数を検出する圧電素子１７．１８が渦
発生体１２に固定されるとともに測定流体が流れること
により渦発生体１２に作用する抗力ＰＲを検出するスト
レインゲージ３０が固定されており、このストレインゲ
ージ３ｏにより抗力ＦＲに対応した抵抗変化が端子Ｒを
介して得られる。

圧電素子１７．１８には測定流体の流速に比例しな電荷
が発生し、これをチや一ジコンバータ２９で電圧に変換
し、さらに低域Ｐ波器３１を介してシュミット回路３２
で測定流体の流速に比例した渦流量信号で、に変換され
る。

一方、渦発生体１２には流体の密度をρ、測定流体の速
度をＶとずれば、ρｖ２に比例した抗力ＦＲが発生する
が、ストレインゲージ３ｏはこの抗力ＰＲを抵抗の変化
として検出しこれを直流電圧の抗力信号ＳＲに変換する
。

また、３３は管路１０などに取り付けられた温度センサ
であり、測定流体の温度を測定し温度信号Ｓｖとして出
力する。３４は管路１０などに取り付けられた圧力セン
サであり、測定流体の圧力を測定し圧力信号ＳＰとして
出方する。

これ等の圧電素子エフ、２１、ストレインゲージ３０、
温度センサ３３、圧力センサ３４などにより、検出部３
５を構成している。

３６は渦流量信号ｆ１、抗力信号ＳＲ５温度信号Ｓｖお
よび圧力信号Ｓｐが入力され信号処理をして出力するマ
イクロコンピュータ部である。

３７はシュミット回路３２からの渦流量信号ｆ、をデジ
タル値に変換するタイマカウンタである。

３８は抗力信号ＳＲ１温度信号Ｓ丁および圧力信号ｓｐ
がそれぞれ入力されており、これ等の信号を切り換える
マルチプレクサであり、このマルチプレクサ３８で切り
換えられた信号はＡ／Ｄ変換器３９によりデジタル信号
に変換される。４ｏはＲＡＭ　（ランダムアクセスメモ
リ）、４１はＲＯＭ（リードオンリメモリ）であり、こ
れ等のアドレス指定はＣＰＵ（プロセッサ）４２からバ
ス４３、ラッチデコーダ４４を介してなされる。タイマ
カウンタ３７とＡ／Ｄ変換器３９からの各出力データは
データバス４５を介してＲＡＭ４０に格納される。ＲＯ
Ｍ４１には初期データ、各種の演算プログラム、レイノ
ルズ数Ｒｅ（＝ρｖＤ／μ）の演算に必要な温度に対す
る関数として各種流体の密度ρ、粘度μのテーブルなど
が格納されており、ＣＰＵ４２の制御の基にＲＯＭ４１
に格納された演算手順にしたがって演算され、その結果
はＲＡＭ４０に格納される。４６はコントロールバスで
あり、ＣＰＵ４２によりタイマカウンタ３７、マルチプ
レクサ３８、ＲＡＭ４０．ＲＯＭ４１の動作を制御する
。

最終の演算結果は、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ
変換器）４７を介してアナログ信号に変換されて出力端
４８に出力される。

次に、第１図に示すマイクロコンピュータ部での信号処
理について第２図に示すフローチャート図を用いて説明
する。

まず、ステップ（ａ）で初期データとして渦流量を演算
するためのストロハル数Ｓｔ、限界レイノルズ数Ｒｅ（
Ｃ）などがＲＯＭ４１からＲＡＭ４０に設定される０次
に、ステップ（ｂ）で流量演算に必要な管ＮＩＯの内径
りなどのデータ、レイノルズ数Ｒｅの演算に必要なテー
ブルなどがＲＯＭ４」からＲＡＭ４０に設定される。ス
テップ（Ｃ）ではＣＰＵ４２の制御の基にコントロール
バス４６を介してタイマカウンタ３７から渦流量信号ｆ
１がＲＡＭ４０に読み込まれる。

この読み込まれたデータを用いてＣＰＵはＲＯＭ４１に
格納された流量演算プログラムにより流量演算（ステッ
プ（ｄ））をしてその結果をデータバス４５を介してＤ
／Ａ変換器４７に出力し、ここでアナログ信号に変換さ
れて出力端４８に出力する。

一方、ステップ（ｅ）、（ｆ）ではＣＰＵ４２の制御の
基にコントロールバス４６を介してマルチプレクサ３８
を切り換えてそれぞれ温度信号８丁、圧力信号ＳＰをＲ
ＡＭ４０に読み込む。

ステップ（ｇ）ではこれ等の温度信号８丁、圧力信号Ｓ
Ｐに対応する粘度μ、密度ρをＲＡＭ４０に格納された
テーブルを用いて演算し、さらにこれ等の演算結果を用
いてステップ（ｄ）の渦流量演算の時点のレイノルズ数
Ｒｅ（ｍ）を演算し、ＲＡＭ４０に格納する。

次に、ステップ（ｈ）でこのレイノルズ数Ｒ。

（ｍ）が所定の限界レイノルズ数Ｒｅ（Ｃ）以下になっ
ているか否かの判断をする。この限界レイノルズ数Ｒｅ
　　（Ｃ）とは管路１０の中の流速のグロフィルが急に
大幅に変化して渦発生体１２で渦が発生しなくなり、渦
流量出力が急にダウンする限界のレイノルズ数を意味し
ている。

限界レイノルズ数Ｒｅ　　（Ｃ）以下でなければ、ステ
ップ（Ｃ）に戻り、以後前回と同様にしてステップ（ｄ
）〜（ｔｌ）を実行し、渦流量信号を出力する。以下で
あれば、ステップ（ｉ）に移行する。

ステップ（ｉ）では、ＣＰＵ４２の制御の基にコントロ
ールバス４６を介してマルチプレクサ３８を切り換えて
ストレインゲージ３０から抗力信号ＳＲをＲＡＭ４０に
読み込み、ステップ（Ｊ）に移行する。

ステップ（Ｊ）では、ＣＰＵ４２はＲＯＭ４１に格納さ
れている開平演算プログラムによりＲＡＭ４０に格納さ
れた抗力信号ＳＲに関するデータを用いて開平演算を実
行し、その結果をＲＡＭ４０に格納する。この後、ステ
・ｙプ（ｋ）により単位流速当りの流量が渦流量信号で
、と同じになるようにスケール演算を実行してその結果
をＲＡＭ４０に格納する。

次に、ステップ（１）の低流量演算に移行する。

このステップではスケール演算の結果を用いてＲＯＭ４
１に格納されている抗力から流量を演算するプログラム
を用いて流量を演算して、その結果をデータバス４５を
介してＤ／Ａ変換器４７に出力し、ここでアナログ信号
に変換されて出力端４８に出力する。

以上の各ステップの手順が終了するとステップ（ｃ）に
移行して再度同一のステップを経由して渦流量演算、低
流量演算が実行される。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明は、
渦流量のレイノズル数の演算を流量測定と共に実行し、
このレイノルズ数が限界レイノルズ数以下になるか否か
をたえず監視し、限界レイノルズ数に近付いたときには
抗力信号を用いてこの抗力信号から演算される流量を出
力するようにしたので、流量が低下しあるときに突然流
量がゼロなるというようなことがなり、ゼロ流量から大
流量まで滑らかに流量変化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図における検出部の構成を示す縦断面図、第
３図は第１図に示す実施例の動作を説明するフロチャー
ト図、第４図は従来の渦流量計の構成を示す縦断面図、
第５図は第４図における圧電素子で検出された渦信号を
処理するチャージコンバータの構成を示す回路図、第６
図は第４図に示す渦流量計の動作を説明する説明図であ
る。 １０・・・管路、１２・・・渦発生体、１７．１８・・
・圧電素子、２９・・・チャージコンバータ、３０・・
・スｌ〜レインゲージ、３２・・・シュミット回路、３
２・・・出力回路、３３・・・温度センサ、３４・・・
圧力センサ、３５・・・検出部、３６・・・マイクロコ
ンピュータ部、３７・・・タイマカウンタ、３８・・・
マルチプレクサ、４０・・・ランダムアクセスメモリ、
４１・・・リードオンリーメモリ、４２・・・プロセッ
サ、ｆｌ・・・渦流量信号。 第 Ｚ 図 箒 図 窮 図 第 乙 図 （Ｑ）イき−ｆ応力 （ｂ）誂力２′市オ辰子力 （Ｃ）吾手太勾才辰璽カ （ｄ） （ｅ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定流体により渦発生体に発生する渦周波数を検出する
   渦検出手段と、この渦発生手段の出力が入力されこれを
   信号処理して前記渦発生体の流量に比例する渦流量信号
   として出力する信号処理手段と、この信号処理手段の出
   力を用いて前記測定流体の流量を演算する流量演算手段
   と、前記信号処理手段の出力と温度信号と圧力信号とが
   入力されあらかじめメモリに記憶されている温度と圧力
   に対応したパラメータとを用いてレイノルズ数を演算す
   るレイノルズ数演算手段と、このレイノルズ数が所定の
   低い限界レイノルズ数に達したか否かを判断する判断手
   段と、前記測定流体により前記渦発生体に発生する抗力
   を測定して抗力信号を出力する抗力測定手段と、この抗
   力信号を用いこれを開平して前記測定流量に比例する低
   流量信号を演算する低流量演算手段と、前記限界レイノ
   ルズ数に達したときに前記流量演算手段の出力をこの低
   流量演算手段の出力に切り換える切換手段とを具備する
   ことを特徴とする渦流量計。