JPH03210425A - カルマン渦流量計 - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、カルマン渦によって渦発生体に作用する交
番力を渦信号として取り出して流体の流速流量を測定す
る流量計であって、とくに振動や衝撃の影響を補償する
ようにしたカルマン渦流量計に関する。

【従来の技術】

特公昭５Ｂ−４９６７号に、渦の圧力変化によって渦発
生体の振動を検出する方式が示されている。この方式で
は、応力センサとしての半導体ストレンゲージが測定流
体に接触しない構成であるため、汚れたり劣化したりし
ない利点はあるが、外部振動が加わったとき渦の圧力と
同じモードの振動が生じるため、Ｓ／Ｎ比が小さく精度
の良い測定ができない欠点がある。 この欠点改善のため、特公昭６０−１４２９０号に示さ
れるような装置がある。この装置では、管路径より十分
長い渦発生体の一方の端部を管路に固定し、他方の端部
をねじで支持させ、一方の端部の軸線方向に二つの圧電
素子を埋設する。この二つの圧電素子によって、渦発生
体に作用する渦の圧力変化と外部振動に基づく慣性力と
を測定するとともに、慣性力分を電気的に打ち消して渦
の圧力変化分だけを検出する。

【発明が解決しようとする課題】

以上説明したように、特公昭６０−１４２９０号に示し
た装置では、渦発生体の軸線と、ねじ支持の軸線とを完
全に一敗させることが困難で、そのため渦発生体に曲げ
応力が生じる。この曲げ応力は二つの圧電素子に不均一
なバイアス応力として加わるため、圧電素子の出力振幅
が正、負の各側で異なることになる。このとき、揚力方
向ノイズは電気的に補償できるが、抗力方向ノイズは補
償できないため残り、Ｓ／Ｎ比が低下する。この対策に
は高精度の加工を必要とし、コスト増大をもたらす問題
がある。 この発明の課題は、従来の技術がもつ以上の問題点を解
消し、渦発生体の先端部支持の影響を受けることがなく
、しかも振動や衝撃の影響を補償するようにしたカルマ
ン渦流量針を従供することにある。

【課題を解決するための手段】

この課題を解決するために、本発明に係るカルマン渦流
量計は、 流体の流れる管路内にその流れの方向と直角に挿設され
た柱状の渦発生体に作用するカルマン渦に基づく交番力
によって前記流体の流速流量を測定する流量計において
、 前記渦発生体に埋設されこれに作用する慣性力と前記交
番力との合力の、前記渦発生体の軸線と前記流れ方向と
に直角な主方向の分力に対応する量を検出する第１のセ
ンサと； 前記カルマン渦に影響を及ぼさない前記管路内筒所に挿
設され前記渦発生体に平行な軸線をもつ柱状の補償体に
埋設されこれに作用する慣性力の前記主方向の分力に対
応する量を検出する第２のセンサと；を備え、 前記第１．第２の各センサの出力に基づいて前記交番力
だけの前記主方向分力に対応する量を取り出す構成であ
る。 なお、渦発生体は、その断面が等辺台形でかつその長底
辺側が上流側に位置し、また補償体は、その断面が等辺
三角形でかつその底辺側が前記渦発生体の長底辺側とほ
ぼ同寸法であるとともにこれと平行に近接対向して位置
する構成であるようにすることができる。

【作用】

第１センサは、渦発生体に作用する慣性力と交番力との
合力の主方向分力に対応する量、たとえば力または応力
を検出し、第２センサは、補償体に作用する慣性力の主
方向分力に対応する量、たとえば力または応力を検出す
るから、第１．第２の各センサの出力に適当な倍数を乗
じたものの差によって、慣性力分が補償されてカルマン
渦に基づく交番力の主方向分力だけを求めることができ
る。

【実施例】

本発明に係る実施例について以下に図面を参照しながら
説明する。第１図は一実施例の断面図、第２図は一実施
例の測定回路図である。 第１図において、ｌは測定流体が流れる管路、２は測定
体で、符号を付けてないフランジを備え二つの突出部か
らなる部材である。測定体２は、そのフランジで管路１
に固定され、根元では一体化されている二つの突出部が
管路１に直角に挿入される形をとる。この二つの突出部
は、渦発生体３と補償体４とである。この渦発生体３と
補償体４とはいずれも柱状であるが、第２図に二点鎖線
表示したように、前者の断面は等辺台形、後者の断面は
等辺三角形である。なお、補償体４は、詳しく後述する
ように、渦発生体３に作用する振動や衝撃に基づく慣性
力を補償する機能をもつから、そのように名称を付けで
ある。 第２図において、渦発生体３は、その断面が等連台形で
かつその長底辺側が上流側に位置し、また補償体４は、
その断面が等辺三角形でかつその底辺側が渦発生体３の
長底辺側とほぼ同寸法であるとともにこれと平行に近接
対向して位置する構成である。なお、補償体４の位置は
、渦発生体３の上流側に近接していることに限定されず
、一般には渦発生体３によるカルマン渦に影響を及ぼさ
ない管路１内の箇所であればよい。 渦発生体３と補償体４とには、その上端部分にそれぞれ
軸線に平行な有底穴があけられ、この各有底穴に表、裏
に各電極をもつ板状の各圧電素子５．６がそれぞれ挿入
され、剛性の高い耐熱性封止剤たとえばエポキシ樹脂の
充填によって埋設される。 第２図において、測定流体の流れが矢印Ｑの方向とする
と、渦発生体３には、カルマン渦によって軸線と流れ方
向の矢印Ｑとに直角な、図の上下方向（揚力方向）の交
番力が作用する。補償体４には、カルマン渦が発生しな
いから、これによる交番力は作用しない。しかし、振動
や衝撃があると、渦発生体３と補償体４とには、大きさ
に差があるものの、それぞれ振動、衝撃に応じた慣性力
が作用する。 各圧電素子５．６の一方の側は共通に接地され、他方の
側は圧電素子５は直接、圧電素子６は調整抵抗１１を介
して、それぞれ差動増幅器１２に接続される。ここで、
調整抵抗１１によって、各圧電素子５．６の出力レベル
が整合される。さて、差動増幅器１２によって各圧電素
子５，６の出力の差、言いかえれば慣性力骨が差し引き
されてカルマン渦による交番力だけが得られる。 なお、差動増幅器１２の出力は交流信号の形をとるから
、その周波数を後段の図示してない検出器によって検出
することによって、カルマン渦の周波数ひいては測定流
体の流速流量を測定することができる。 第３図は別の実施例の測定回路図である。この別の実施
例では、渦発生体８と補償体９とにそれぞれ２個ずつの
各圧電素子５．６が埋設される。 渦発生体８と補償体９とは、その形状が一実施例におけ
る渦発生体３と補償体４と同様で、各圧電素子５．６用
埋設穴が異なるだけである。 この別の実施例では、渦発生体８に係る２個の圧電素子
５の各出力が差動増幅器１４に、補償体９に係る２個の
圧電素子６の各出力が差動増幅器１５に、それぞれ入力
され、差動増幅器１４の出力が直接、差動増幅器１５の
出力が調整抵抗１３を介して、差動増幅器１６に入力さ
れて、両者の差が求められる。この別の実施例では、交
番力に係る信号と、慣性力に係る信号とは、正、負の差
し引きのためほぼ倍に増大されて、前記の一実施例にお
けるよりＳ／Ｎ比の良好な検出ができる。

【発明の効果】

以上説明したように、この発明においては、第１センサ
は、渦発生体に作用する慣性力と交番力との合力の主方
向分力に対応する量を検出し、第２センサは、補償体に
作用する慣性力の主方向分力に対応する量を検出するか
ら、第１．第２の各センサの出力に適当な倍数を乗じた
ものの差によって、慣性力骨が補償されてカルマン渦に
基づく交番力の主方向分力だけを求めることができるこ
とになる。 したがって、この発明によれば、従来の技術に比べ次の
ようなすぐれた効果がある。 （１）渦発生体の先端部支持の影響を受けることがなく
、しかも振動や衝撃の影響を補償することができるから
、カルマン渦に基づく交番力、ひいては流速流量を正確
に測定することができる。 （２）構造が簡単であるから、実施しやすくかつ信韻性
向上とコスト低減とを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の断面図、第２図は一実
施例の測定回路図、 第３図は別の実施例の測定回路図である。 符号説明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）流体の流れる管路内にその流れの方向と直角に挿設
   された柱状の渦発生体に作用するカルマン渦に基づく交
   番力によって前記流体の流速流量を測定する流量計にお
   いて、前記渦発生体に埋設されこれに作用する慣性力と
   前記交番力との合力の、前記渦発生体の軸線と前記流れ
   方向とに直角な主方向の分力に対応する量を検出する第
   １のセンサと；前記カルマン渦に影響を及ぼさない前記
   管路内筒所に挿設され前記渦発生体に平行な軸線をもつ
   柱状の補償体に埋設されこれに作用する慣性力の前記主
   方向の分力に対応する量を検出する第２のセンサと；を
   備え、前記第１、第２の各センサの出力に基づいて前記
   交番力だけの前記主方向分力に対応する量を取り出す構
   成であることを特徴とするカルマン渦流量計。 ２）特許請求の範囲第１項記載の流量計において、渦発
   生体は、その断面が等辺台形でかつその長底辺側が上流
   側に位置し、補償体は、その断面が等辺三角形でかつそ
   の底辺側が前記渦発生体の長底辺側とほぼ同寸法である
   とともにこれと平行に近接対向して位置する構成である
   ことを特徴とするカルマン渦流量計。