JPH03277922A

JPH03277922A - 渦流量計

Info

Publication number: JPH03277922A
Application number: JP2079147A
Authority: JP
Inventors: Toshio Aga; 阿賀　敏夫
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-09

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、流れに対して垂直に設けられた渦発生体によ
って発生する渦の周波数が流速により異なることを用い
て流量を検出する渦流量計に関する。

（従来の技術）一般に、渦流量計は信号が周波数であるために、配管の
振動に対して、なんらかの対策をとっている。

第９図は従来例の一例である。図において、１は配管、
２は、フランジ部２ｇ、突き出し部２ｂより構成される
取り付は座である。

３は取り付は座２のフランジ部２ａにボルト４とナツト
５を用いて取り付けられ、先端部が配管１内に突出する
渦発生体である。この渦発生体３の基端部には圧電素子
６．７が取り付けられている。

次に、上記構成の渦流量計の測定原理を説明する。配管
１内を流れる流体が渦発生体３を通過すると、渦発生体
の後部に渦（カルマン渦）が発生する。しかも、この渦
は、渦発生体３の後部に２列でしかも交互に発生する。

渦流量計はこの現象が流速によって異なることを利用し
たもので、渦発生の周期（周波数）を計測することで、
流体の流量を知ろうとするものである。

そして、上記従来例では、これら２つの圧電素子６，７
の出力を差動的にとることで、ノイズ分を減少させるよ
うにしている。

（発明が解決しようとする課題）上記構成の従来例において、あらゆる振動条件をカバー
することはできず、振動条件（渦発生体３によって発生
する渦の周波数と配管等の周波数が同相の場合）によっ
ては、信号のＳ／Ｎ比が十分にとれない場合がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的
は、配管振動に強い渦流量計を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決する本発明は、流れに対して垂直に設け
られた渦発生体によって発生する渦の周波数が流速によ
り異なることを用いて流量を検出する渦流量計において
、前記渦発生体の両側面に作用する圧力が導かれるダイ
アフラムと、該ダイアフラムに作用する圧力の周波数を
検出する周波数検出用ゲージと、前記ダイアフラムに連
設されたカンチレバーと、該カンチレバーの固定端部に
設けられた加速度検出用ゲージとを備えたものである。

（作用）本発明の渦流量計において、渦発生体の両側面に作用す
る圧力はダイアフラムへ導かれ、周波数検出用ゲージに
よって、圧力の周波数が検出される。

一方、渦流量計に作用する配管の振動は、カンチレバー
の固定端に設けられた加速度検出用ゲージによって検出
される。

（実施例）次に図面を用いて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す部分断面構成図である
第１図におけるセンサの断面構成図、第２図は本発明の
一実施例を示す部分断面構成図、第３図は第２図におけ
る■−■断面構成図、第４図は第１図におけるＩＶ−Ｉ
Ｖ断面図、第５図は第１図における寸法関係を説明する
図、第６図は周波数と振動力との関係を説明する図、第
７図は本実施例の信号処理回路を説明する図、第８図は
周波数ゲージの出力を説明する図である。

先ず、第２図において、１１は配管であり、１２はフラ
ンジ部１２ａ、突き出し部１２ｂより構成される取り付
は座である。

１３は取り付は座１２のフランジ部１２ａにボルト１４
とナツト１５を用いて取り付けられ、先端部が配管１１
内に突出する渦発生体である。

この渦発生体１３の先端部の断面形状は第３図に示すよ
うに、台形をしており、台形の平行な長辺及び短辺のう
ち、流れの上流に長辺がくるように配設されている。そ
して、台形の斜面には、第１室１４及び第２室１５が形
成されている。これら第１室、第２室１４．１５の開放
面には第１及び第２の金属ダイアフラム１６．１７が取
り付けられている。

第１室及び第２室１４．１５からはそれぞれ上方に向か
って形成された第１及び第２の導圧路１８．１９が設け
られている。

更に、２０．２１は一端が第１及び第２の導圧路１８．
１９に接続され、他端がセンサ２２に接続される第１及
び第２の導圧パイプである。そして、第１室、第２室１
４．１５と、第１．第２の導圧路１８，１９と、第１．
第２の導圧パイプ２０．２１内には、シリコンオイルＳ
が充填されている。

次に、第１図を用いてセンサ２２を説明する。

３１は下ベースガラス、３２は下ベースガラス３１上に
例えば陽極接合されたシリコン（Ｓｔ）で作られた検出
部材である。この検出部材３２は異方性エツチングによ
り形成されたダイアフラム部３３と、ダイアフラム部３
３によって形成された第２室３２ｍと、ダイアフラム部
３３に連設されるカンチレバ一部３４とから構成されて
いる。また、下ベースガラス３１には、一端側が第２室
３２ａに開口を有し、他端側には第２の導圧パイプ２１
が接続され、第２の金属ダイアフラム１７がらの圧力を
導入する第２の導圧孔３１ａが設けられている。

マタ、下ベースガラス３１のカンチレノく一対向面には
カンチレバ一部３４の自由端部３４ａが自由振動可能な
ように段差３１ｂが形成されて（箋る。

更に、更に、検出部材３２のダイアフラム部３３の表面には、
ピエゾ抵抗素子の周波数検出用ゲージ３６が、検出部材
３２のカンチレノく一部３４の固定部３４ｂの表面には
、ピエゾ抵抗素子の加速度検出用ゲージ（せん新形ゲー
ジ）３７が同じウエノ１プロセスで設けられている。周
波数検出用ゲージ３７を固定端部３４ｂに設けた理由番
よ、カンチレバ一部３４の振動による応力が最大となる
位置であるからである。

３８は下ベースガラス３１に対して、検出部材３２を介
して取り付けられた上ベースガラスである。この上ベー
スガラス３８のダイアフラム部３３の対向部には第１室
３８ａが形成されて０る。

そして、一端側が第１室３８ａに開口を有し、他端側に
は第１の導圧パイプ２０が接続され、第１の金属ダイア
フラム１６からの圧力を導入する第１の導圧孔３８ｂが
設けられている。

次に、上記構成の作動を説明する。第４図及び第５図に
示すように検出部材３２の幅をす１段さ３１ｂの深さを
ｄ、カンチレバ一部３４の長さを１、カンチレバ一部３
４の厚さをｔ、自由端部の質量をＷとする。

第１図において、カンチレバ一部３４の固有振動数ｆｎ
は、ｆｎ＝Ａ／（２π）　・（１／　ｆｌ　２）　５１石「
■Ｅ−・・（１）で表せ、周波数ｆ’ｎに対する振動力
Ｓは第６図に示すようなる。

ただしＥ；ヤング率（Ｋｇｆ’／１層２）■；断面２次
モーメント（ｌ■４）ｇ；重力加速度（ｓ＋ｎｅ／５２）ｓｏ　　；（αｖ）　／ｇ α　；加速度Ａ；定数第６図に示すように、ｒ　＜　（２／３）ｒｎの範囲で
は、５＝Ｓｏ−αｗ／ｇであり、この振動力Ｓがカンチレバ一部３４の自由端部
３４ａに作用する。

振動力Ｓにより、カンチレバ一部３４の固定端部３４ｂ
では、振動力Ｓによる曲げモーメントＭによる応力σが
発生し、周波数検出用ゲージ３７には応力σに比例する
電気信号が発生する。

Ｈ−１−８−１αｗ／ｇｃｒ−Ｍ／Ｉ−ｔ／２−（ｔＮｖ）／（２１ｇ）・ｃｚ
　　−（２）この応力σの検出は、本実施例においては
、せん新形ゲージで検出している。せん新形ゲージの出
力■は、せん断力をτとすると、Ｖ−τ■σ匡α となる。

周波数検出用ゲージ３６の出力■は、第８図に示すよう
な振動波形となる。本実施例では、第７図に示す回路を
用いて信号処理を行なっている。

図に°おいて、４１は増幅器、４３は増幅器４１の出力
をパルス化するコンパレータである。４４は加速度検出
用ゲージ３６の信号を取り込んで、コンパレータ４３て
の閾値を決定する閾値演算回路である。このような、閾
値演算回路４４を設け、閾値を変化させることにより、
第８図（ｂ）の様に外部からのノイズが多い場合でも、
ノイズ分を除去したパルスデータを得ることができる。

そして、パルスデータを用いて、渦の振動数を求め、配
管１１内の流量を求めることができる。

上記構成によれば、渦流量計に加速度検出用ゲージを設
けたことにより、別途加速度計を取り付けることが不要
となり、配管振動に強い渦流量計を実現できる。

なお、本発明は上記実施例に限定するものでない。例え
ば、センサ２２を渦発生体１３より離せば、シリコンオ
イルが許す限り、低温や高温の流体に適用できる。

又、センサ２２を渦発生体１３の内部に設けるようにし
てもよい。このとき、検知部材３２上に温度センサを取
り付けると、流量と共に、温度も検出できる。

更に、検知部材３２上に信号処理回路を形成し、所謂集
積化センサとしてもよい。これにより、小型化が図れる
。

渦発生体は渦を発生できる形状であれば、どんな形状で
もよい。又、上記実施例では、先端部を配管１１に取り
付ける構造であったが、先端部をフリーにして片持ち構
造としてもよい。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、渦発生体の両側面に
作用する圧力が導かれるダイアフラムと、該ダイアフラ
ムに作用する圧力の周波数を検出する周波数検出用ゲー
ジと、前記ダイアフラムに連設されたカンチレバーと、
該カンチレバーの固定端部に設けられた加速度検出用ゲ
ージとを備えたことにより、配管振動に強い渦流量計を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分断面構成図である
第１図におけるセンサの断面構成図、第２図は本発明の
一実施例を示す部分断面構成図、第３図は第２図における■−■断面構成図、第４図は第
１図におけるＩＶ−ＩＶ断面図、第５図は第１図におけ
る寸法関係を説明する図、第６図は周波数と振動力との
関係を説明する図、第７図は本実施例の信号処理回路を
説明する図、第８図は周波数ゲージの出力を説明する図
、第９図は従来例の一例を示す要部構成部分断面図であ
る。これらの図において、１３・・・渦発生体　　　３３・・・ダイアフラム（部
）３４・・・カンチレバー（部）３４ｂ・・・固定端部　　３６・・・周波数検出用ゲー
ジ３７・・・加速度検出用ゲージ

Claims

【特許請求の範囲】流れに対して垂直に設けられた渦発生体（１３）によっ
て発生する渦の周波数が流速により異なることを用いて
流量を検出する渦流量計において、前記渦発生体（１３
）の両側面に作用する圧力が導かれるダイアフラム（３
３）と、該ダイアフラム（３３）に作用する圧力の周波数を検出
する周波数検出用ゲージ（３６）と、前記ダイアフラム
（３３）に連設されたカンチレバー（３４）と、該カンチレバー（３４）の固定端部（３４ｂ）に設けら
れた加速度検出用ゲージ（３７）とを備えたことを特徴
とする渦流量計。