JPH0320618A - 渦流量計 - 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】 く産業上の利用分野〉 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呂して、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３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、１ｌ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つ
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ランジ部１４ｉ！１１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１つ、電極板
２０、圧電素子２ｌがサンドイヅチ状に配列され金属製
の押圧棒２２でこれ等は押圧固定されている．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２４がそれぞれ端子Ａ，Ｂ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
かって左測と右利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重
荷を発生する． 圧電素：ｆ−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４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の出力をボリウム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２Ｓによ
りヂャージコンバータ２９を構成している． このチャーコンバータ２９の出力端に得られる渦信号は
第５図に示すように低域枦波器３０に出力されここで高
周波ノイズが除去されてシュミット回１？ｌＧ３１に出
力される。ここで測定流量に比例した渦流量信号ｆ１に
変換されて出力回路３２に送出される。この出力回路３
２は渦流量信号ｆ，をこれに比例した電流信号ＩＬに変
換して出力端３３に出力する． 次に、以上のように桶或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ずる，この振
動により渦発生体ｌ２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、各圧電索子
１７、２１には第６図（ａ）に示す渦周波数を持つは号
応力に対応した電荷十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ｌ８或いは
２ｌ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
としてある。

一方、管Ｒ１．０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、■渦発生体の長手
方向の３方向成分に分けられる．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
去するために以下の演箕を実行する．圧電素子１７、２
１の各電荷をＱ＋、Ｑ２、信号成分を８１、Ｓ２、揚力
方向のノイズ戊分をＮ，　、Ｎ２とし、圧電素子１７、
２１で分極を逆とするとＱｌ　，Ｑ２は次式で示される
。

Ｑ１°Ｓ，　十Ｎ， Ｑ２＝　　８２　　Ｎ２ ただし、Ｓ１とＳ２、Ｎ，とＮ２のベクｌ・ル方向は同
じである，ここで、圧電索子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４図に示
すように圧電素子１７測の電荷増幅器２５の出力を加算
器２８で加算する際にボリウム２７と共にＮ１／　Ｎ　
２　賠して圧電素子２１１１１！Ｉの電荷増幅器２６の
出力と加算すると、 Ｑ＋　　Ｑ２　（Ｎ＋　／Ｎ２　） ３１　　３２　（Ｎｔ　／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
得ることがて゛きる。

く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：ａ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、測定流量が皆目わらなく
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、以上の課題を解決するために測定流体により
渦発生体に発生する第１渦周波数を検出する第ｌ渦検出
手段と、この第１渦発生手段の出力が入力されこれを信
号処理して測定流体の流量に比例する渦流量信号として
出力する第１信号処理手段と、渦発生体に発生する抗力
に基く抗力信号を検出する抗力検出手段と、この抗力信
号を用いてこれを信号処理し測定流体の流量に比例した
低周波数信号を発生させる第２信号処理手段と、第１渦
周波数が所定の鎮以下になったときに渦流量信号を低周
波数信号に切り換えて出力する切換手段とを具備するよ
うにしたものである．く作　用〉 渦信号周波数が突然に消失する周波数より少し大きな周
波数になったときに第１渦周波数に基く渦流量信号から
低周波数に切換手段により自動的に切り換える．これに
よりゼロ流量から大流量領域まで滑らかに流量信号がで
る， く実施例〉 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、
従来の楢戊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３４が固定されており、このストレインゲ
ージ３４により抗力Ｆｕ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た電荷
が発生し、これをチ脅一ジコンバータ２９で電圧に変換
し、さらに低域枦波器３０を介してシュミット回路３１
で測定流体の流速に比到した渦流量信号で，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υとすれば、ρυ２に比例した抗力ＦＲが発生する
が、ストレインゲージ３４はこの抗力Ｐ　Ｒを抵抗の変
化として出力し、抗力検出回路３５はこれを直流電圧の
抗力信号Ｓｌ２に変換する． ３６は演算回路でありこの抗力信号ｓＲは流速υの２乗
に比飼ずるのでこれを開閉して流速Ｄに比例した渦信号
ＳＶに変換する。この際に、係数設定回路３３から渦発
生体の形状から決定される抗力係数、測定流体の密度な
どをあらかじめ設定し演箕回路３６での演算に備える。

このようにして出力された渦信号ＳＶは演算回路３８に
より定数設定回路３９で流量計固有の単位流速当たりの
電圧として設定された定数Ｋを乗算する演算がみされて
スケール変換され、変換された渦信号ＳＶ−は電圧／周
波数変換回路４０に出力される。

電圧／周波数変換回路４０は入力された渦信号ＳＶ−を
低渦周波数信号で２に変換して切換回路４１に出力する
． 切換回路４１は周波数／電圧変換回路４２、比較回路４
３、塞準電源４４、スイッチ４５などで楕或されている
． 周波数／電圧変換回路４２は渦流量信号ｆ１をこれに比
例する電圧に交換して比較回路４３に出力する．比較回
路４３の入力の一端には周波数／電圧変換回路４２の出
力が、他端には基準電源４４から渦が発生しなくなる限
界の渦周波数ｆｃより若干大きい渦周波数に対応する基
準電圧Ｅｒがそれぞれ印加され、その出力端の電圧によ
りスイッチ４５の開閉が制御される。

スイッチ４５の切換端の一端には渦流湿信号ｆ１が、そ
の池端には低周波数信号ｆ２がそれぞれ印加され、その
共通端から出力回路３２にスイッチ４５で選択された信
号が出力される。

そして、渦流量信号で１が渦周波数ｆｃに近付き対応す
る周波数／電圧変換回路４２の出力が基準電圧Ｅｒより
小さくなると比較回路４３の出力のレベルが反転してス
イッチ４５を低周波数信号ｆ２＠に切り換えてゼロ流ｉ
まで連続して出力を出す． なお、今までの説明ではデスクリー１〜な回ｉ素子を用
いて構成するρｊについて説明したが、これに限られず
、チャージコンバータ２９の出力、及び抗力検出回路の
抗力信号ｓｇをそれぞれアナログ／デジタル変換して、
これ等のデジタル信号をマイクロプロセッサに入力して
各ｍ戒要素における機能をデジタル演算ずることにより
流ｉ信３として出力するようにしてもよい。

く発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、所定の渦周波数に達することにより抗力を測定し
て得られた流量信号に切り換える構成にすることにより
、渦流量計の流量出力がある一定の流量以下で突然にゼ
ロ流量に低下し、流量の行方が全くわからなくなるとい
う問題が解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例のＳ或を示すブロック図、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図は従来の渦流量計の構成を示す縦断面図、第４図は
第３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５図は従来
の渦流量計の全体構成を示すブロック図、第６図は第３
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、３ｌ・・・シ
ュミット回路、３２・・・出力回路、３４・・・ストレ
インゲージ、４０・・・電圧／周波数変換回路、４１・
・・切換回路、ｆ，・・・渦流量信号、ｆ２・・・低渦
周波数信号． Ｎ　　Ｎ　Ｓ　　ｌ：＋ Ｎ　　　〜　　〜　　　Ｎ−

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第１渦周波数を検出
   する第１渦検出手段と、この第１渦発生手段の出力が入
   力されこれを信号処理して前記測定流体の流量に比例す
   る渦流量信号として出力する第１信号処理手段と、前記
   渦発生体に発生する抗力に基く抗力信号を検出する抗力
   検出手段と、この抗力信号を用いてこれを信号処理し前
   記測定流体の流量に比例した低周波数信号を発生させる
   第２信号処理手段と、前記第１渦周波数が所定の値以下
   になったときに前記渦流量信号を前記低周波数信号に切
   り換えて出力する切換手段とを具備することを特徴とす
   る渦流量計。