JPH0324421A - 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】 本発明は渦流量計に係り、特に人口径の管路内を流れる
流邑を４測するのに好適な渦流量計に関する。

従来の技術 例えば大口径の配管経路においては、大口径の管路内に
渦発生体を設けることにより渦発生体の下流側に流量を
比例した周期のカルマン渦が発生するため、小口径の渦
流ｆｉｌと同様に流吊を計測することができる。しかし
ながら、カノレマン渦は管路の内径が大ぎくなるほど、
渦発生体の下流測へ移動する。そのため、大口径の渦ｉ
ｆｆｉ．ｄでは、それだけ管路長さが長くなってしまう
ばかりか、渦周波数が低くなりパルス分解能が低下する
といった問題が発生する。

このような問題を解決するため、例えば特開昭６１−　
２９２５２２号にみられるように大口径の主管路内にオ
リフィスを設け、このオリフイスの上，下流側の主管路
をバイパスする小口径のバイパス管路を設けるとともに
、このバイパス管路内に渦発生体を設けてバイパス管路
内の流量を求める構成のＩｆｉ　１　ｆｆｉ　ｉｔが考
えられている。しかるに、このような分流式の渦流量計
では、主管路とバイパス管路との口径が大きく異なり、
流体の流れの流速分布の差も異なるため、バイパス流路
の流量に基づいて主管路の流量を正確に推定することが
難しいといった問題がある。

このような分流式の渦流量計の問題を解決すべく公開技
報８８−９７５１号（昭和６３年８月２０日発行）にみ
られるように第７図に示す大口径配管用の渦流出５１が
考えられている。第７図中、大口径の主管路１内には複
数の小径流路２（２１〜２７）が設【ノられ、夫々の流
路２！〜２７内には上下方向に延存する渦発生体３（３
宜〜３７〉が設けられている。この渦流邑１では各流路
２１〜２ＴＩ内の流吊がＳ１測され、そられを合副した
ものが管路１の流昂値として４測ざれる。

允明が解決しようとする課題 ここで、土管路内を流れる流体の速度分布を考えてみる
。第８図に示す如く、主管路１内を流れる流体の流速は
、一般に高レイノルズ数域において、主管路１の半径方
向全域で略等しい流速分布Ａ（第８図中、矢印は流体の
速度成分■を示す）となる。又第９図に示す如く、一般
に低レイノルズ数域では流体の流速は、主管路１の軸心
にいくほど速く、管路内壁近傍では遅くなっており、そ
の流速分布Ｂは第９図に示すように主管路１の軸心０を
中心とする放物線で表わされる。そのため、低レイノル
ズ数域においては主管路軸心０の流速Ｖ＋　と主管路１
の内壁近傍における流速ｖ２との差が大きい。

従って、第７図に示すように、各流路２１〜２７内の渦
発生体３１〜３７がすべて同一方向に設けられた渦流ｆ
ｆＨｆでは、上記低レイノルズ数域において、各渦発生
体３１〜３７を通過する流速が夫々異なる。例えば隣り
合う流路２＋　，２２内を流れる流体の渦発生体３＋　
．３２に対する速度分布が異なり、又主管路軸心Ｏの流
路２７内の流速は周囲の流路２１〜２６を流れる流体の
流速よりも速い。そのため、一の流路を流れる流量を計
測しても上記流速分布の差により、他の流路の流量を含
む主管路全体の流山を正確に求めることができない。従
って、第７図に示す渦流量訓では、各流路２Ｉ〜２７内
で発生するカルマン渦の周波数が相違するため、主管路
全体の流量を求めるには、各流路２１〜２７の流ｆｆｉ
値を合計しなければならない。そのため、上記渦流量計
では各流路毎にカルマン渦を検出するセンザ及びセンリ
からの信ｇを処理する回路等が必要であり、構成が複雑
化してしまうといった課題が生ずる。

そこで、本発明はＬ記課題を解決した渦流量計を提仇す
ることを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記渦流Ｍｔｌにおいて、複数の流路の人々を
管路の半径方向上主管路軸心より同一半径となる｛ｉ７
謂に設け、渦発生体を主管路の半径方向に延在するよう
主管路軸心より放躬状となる向きに設けてなる。

作用 主管路内の流れを同一形状の複数の流路に分流するとと
もに各流路内の速度分布が等しくなるようにする。各流
路内の渦発生体が同じ速度分布の流れを受け、各流路内
を流れる流量を同一にする。

実施例 第１図及び第２図に本発明になる渦流埜訂の−実施例を
示す。

両図中、渦流量計の主経路１１は大口径の土，下流側配
管１２．１３との間に配設されてＪ３り、主管路１１内
には上流側配管１２がら流入した流体を分流プる分流部
村１４が挿入固定されている。

この分流部材１４には複数（本実施例では４個）の流路
１４１〜１４４が軸方向に穿設されている。

これらの流路１４＋〜１４４は夫々流路内径が同一半径
ｒ１とされ、しがも各流路１４１〜１４４の中心が主管
路１１の軸心Ｏより同一半径「２上に拉δするように穿
設されている。

従って、主管路１１内に流入する流体は各流路１４＋〜
１４４に分流される。又流路１４＋〜１４４内を流れる
流速分布は夫々等しいため、各流路１４＋〜１４４を流
れる流量も同じである。

上記分流路１４１〜１４４内には渦発生体１５〜１５４
が設けられている。各渦発生体１５１〜１５４は夫々各
流路１４１〜１４４の配管方向の中間に位置し、配管方
向から見ると第１図に示すように主管路１１の半径方向
に延存する向きとａるよう主管路１１の軸心０より放射
状に配設されている。

上流側配管１２内を流れる流体は、前述の如く高レイノ
ルズ数域においてはその流速分荀が第８図に示すように
管路内で略均等になるが、低レイノルズ数域においては
その流速分布が第９図に示すように管路の軸心で流速が
速く管路内壁近傍で流速が遅くなる。

しかるに、本発明の渦流量計では同一流路面積を有する
流路１４＋〜１４４が主管路１１の軸心Ｏより同一半径
似置に設けられ、しかも各渦発生体１５１〜１５５が軸
心Ｏより半径方向に延存するように設けられているので
、高レイノルズ数域は勿論、低レイノルズ数域において
も、流体は同じ流速で各渦発生体１５＋〜１５４を通過
する。

そのため、４個の流路１４＋〜１４４のいずれの流量も
均等であるので、一の流路内を流れる流山をＪ１測し、
そのｉ′Ｉ測値に流路数（本実施例では４）をかければ
主管路１１を流れる正確な総流量が求まる。

本実施例では各流路１４１〜１４４の流量が均等である
ので、一の渦発生体１５１にカル？ン渦の発生を検出す
るセンサとしてｉｆ？ｉｌ）容倒式の流量検出部が設け
てある。従って、流量検出部１６は渦発生体の数に拘わ
らず一つあれば良いので構成が簡略化されている。

第３図において、ｉｔ検出部１６は上記渦発生体１５１
の上方、即ち主管路１１の上部に形成された設置部１７
上に設置されている．１８ａ．１８ｂは差圧導入孔で、
第３図及び第４図に示すように一端が渦発生体１５＋の
両側で間口し、流路１４１内の圧力を流量検出部１６に
導入する。

また、流量検出部１６の上方には流都検出部１６により
検出された信号に応じたパルス信号を出力する電気回路
を内蔵した回路ケース１９が設けられている。

ここで、第５図を参照して流ｍ検出部１６の構成につき
説明する。

第５図に示す流量検出部１６の取付部材１６ａの内部に
は一対のセンザ部２０ａ．２０ｂが設けられている。セ
ンサ部２０ａはダイヤフラム室２１ａの下方に設けられ
取付部材１６ａに接続された可動電極としての金属ダイ
ヤフラム２２ａと、金属ダイヤフラム２２ａより所定距
ｌＩＩＩｍ間して対向しておりダイヤフラム室２１ａの
上方の絶縁体２３ａの表面に蒸若された固定電極２４ａ
とよりなる。即ち、センザ部２０ａは固定電極２４ａに
対する金属ダイヤフラム２２ａの変位により静電容邑が
変化する可変容量コンデンリを形成する。

またセンサ部２０ｂは上記センサ部２０ａと同様な構成
であり、金属ダイヤフラム２２ｂと、固定電極２４ｂと
よりなる。金属ダイヤフラム２２ａ，２２ｂの下方には
夫々導圧室２５ａ．２５ｂが対向して形成されている。

この導圧室２５ａ，２５ｂは渦発生体１５１の差圧導入
孔１８ａ，１８ｂに連通している。したがって、金属ダ
イヤフラム２２ａ．２２ｂは差圧導入孔１８ａ．１８ｂ
を介して導圧室２５ａ．２５ｂに導入された渦差圧に応
じて変位する。２６はＯリングで、導圧室２５ａ，２５
ｂと取付部０１　６ａとの間をシールする。

一対のセンリ部２０ａ，２０ｂのダイヤフラム室２１ａ
と２１ｋ）との間は連通路２７を介して連通されている
。

連通路２７及びダイヤフラム室２１ａ．２ｌｂには非圧
縮性の封入液２８として例えばシリコンオイル等が充填
され封入されている。２９は閉止栓で、封入液２８を運
通路２７に充填するための連通孔３０を閉塞する。

ここで、流路１４１内に被ｉ１ｌ！流体が給送されその
流量計測を行う際につき説明する。

流路１４１内に流体が流れると、渦発生体１５１の下流
側には流量に比例した周期でカルマン渦が発生する。カ
ルマン渦による差圧が、渦発生体１５１の差圧導入孔１
８ａ．１８ｂより導圧室２５ａ．２５ｂに導入されると
封入液２８の移動に伴って金属ダイヤフラム２２ａ．２
２ｂが差動的に変位する。金属ダイヤフラム２２ａ．２
２ｂの変位は後述するように固定電極２４ａ．２４ｂの
静電容量の変化として検出され流量検出部１６より流量
計測信号が出力される。

流κ検出部１６により検出されたセンサ部２０ａ，２０
ｂの静電容恐変化は固定電４ｉ２４ａ．２４ｂに接続さ
れたリード線３１ａ．３ｌｂ及び取付部材１６ａを介し
て金属ダイヤフラム２２ａ，２２ｂに接続されたリード
線３１Ｃにより回路ケース１９内の回路に供給される。

第５図に示す如く、回路ケース１９内の回路はブリッジ
回路３２，増幅回路３３．復調回路３４．シュミット回
路３５とより大略構成されている。

回路ケース１つ内に引き込まれたリードｌ３３１ａ，３
ｌｂは一対のセンサ部２０ａ，２０ｂとブリッジ回路３
２を形成するコイル３６ａ．３６ｂに接続されている。

また、リード線３１Ｃは増輻回路３３に接続されている
。３７はブリッジ回路３２に交流を供給する交流電源で
ある。

したがって、渦発生体１５１によりカルマン渦が被測流
体の流山に比例して渦発生休１５１の両側に交互に発生
すると、逆僚相の圧力変化が生じる。この逆位相の圧力
変化は差圧導入孔１８ａ．１８ｂを介して導圧室２５ａ
．２５ｂに導入される。このため、一対のセンサ部２０
８．２０ｂの金属ダイヤフラム２２ａ，２２ｂが逆位相
の圧力変化により差動的に変侍し、金属ダイヤフラム２
２ａ．２２ｂと固定電極２４ａ．２４ｂとの間の静電容
量が夫々逆位相で増減する。

このセンサ部２０ａ．２０ｂの静電容吊変化の周波数は
流路１５１ａ内の被測流体の流量に比例している。この
ようにして一対のセンサ部２０ａ．２０ｂで検出された
Ｉ！信号に応じてブリッジ回路３２は交流電源３７の交
流信号を被測流体の流速・流量に比例した周波数で振幅
変調した信号を出力する。さらに、ブリッジ回路３２か
ら出力された信号は増幅回路３３で増幅され、復調回路
３４によりＩＩ１ｖＡされる。そして、復調回路３４か
らの出力はシュミット回路３５より被測流体の流速・流
量に比例した周波数のパルス信月３８として出力される
。

このパルス信号３８より流路１５１内を流れる流量が算
出される。そして、主管路１１内を流れる総ａｍはこの
流路１５１の流量を流路数倍すなわち４倍にすることに
より求まる。

又、本発明の渦！ｆｆｉｌでは、大口径の配管を流れる
流母を複数の流路１４＋〜１４４に均等に分流して、小
口径の流路１４１内の流量を代表して計測することによ
り、渦発生体１５１より下流側に発生するカルマン渦を
小さくして主管路１１の配管方向の全長が短くなってい
る。又、カルマン渦が十分高い周波数で発生するため、
パルス分解能を高水準に保つことができ、流量計測精度
が高められている。

尚、上記実施例では主管路１１内に４個の流路１４１〜
１４４を設けたが、流路数はこれに限らないのは勿論で
ある。又、上記実施例では流路断面を円形としたが、流
路形状は円形以外の形状としても良い。

又、上記実施例では各流路の流れ方向の断而形状を円形
としたが、流路断面形状としては円形以外の形状として
も良い。又、上記実施例では静電容麿式の流量検出部に
よりカルマン渦の発生を検出したが、検出方式としては
静電容量式のものに限らず、これ以外の例えばサーミス
タ式．圧電素子式，あるいは超音波式の検出手段等を用
いても良い。

発明の効果 上述の如く、本発明になる渦流量計は、上流側配管の流
速分布を複数の流路に均等に分割できるので、各流路を
流れる流量を均一にすることができる。そのため、複数
の流路のうちーの流路の流量を代表して計測することに
より主管路全体の流量を正確に求めることができる。従
って、流聞検出部を各渦発生体の数分設けないで済み、
主管路を複数の流路に分流しても１個の流量検出部で済
むため、構成の簡略化が図られている。又、複数の流路
に分流された流体中に発生するカルマン渦の発生周波数
が大口径の主管路に１個の渦発住体を設けたものよりも
、高い周波数でカルマン渦を検出することができるので
、高分解能のパルスを出力することができ、より流量計
測精度を高めることができるとともに、応答性の良い信
号を出力することができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に４Ｋる渦流ｆｌの一実施例を配管方向
からみた縦断面図、第２図は第１図中■一■線に沿う縦
断面図、第３図及び第４図は流路内に設けられた渦発生
体の側面図及び横断面図、第５図は流星検出部の縦断面
図、第６図はカルマン渦に比例したパルスを生成する回
路図、第７図は従来の渦流量計を説明するための縦断而
図、第８図１．１高レイノルズ数域の流速分荀を示す主
管路の縦断面図、第９図は低レイノルズ数域の流速分布
を示す主管路の縦断面図である。 １１・・・主管路、１４・・・分流部材、１４１〜１４
４・・・流路、１５＋〜１５４・・・渦発生体、１６・
・・流量検出部、１８ａ．１８ｂ・・・差圧導入孔、２
０ａ，２０ｂ・・・センサ部、３２・・・ブリッジ回路
。 第 ３ 図 凛 ４ 図 Ｗ，６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測流体が流れる主管路内に設けられた同一形状の複数
   の流路と、該複数の流路の夫々に設けられた渦発生体と
   を有し、該渦発生体により流量に比例して発生するカル
   マン渦を検出する渦流量計において、 前記複数の流路の夫々を前記管路の半径方向上主管路軸
   心より同一半径となる位置に設け、前記渦発生体を前記
   主管路の半径方向に延在するよう前記主管路軸心より放
   射状となる向きに設けてなることを特徴とする渦流量計
   。