JPH04331322A

JPH04331322A - カルマン渦流量計用センサ

Info

Publication number: JPH04331322A
Application number: JP3013713A
Authority: JP
Inventors: Naomoto Matsubara; 松原　直基
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1992-11-19
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JP3046363B2

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】

【０００１】

【技術分野】本発明はカルマン渦流量計用センサに関し
、より詳細には、渦発生体内に挿入され、カルマン渦に
応動する振動管に該振動管と着脱自在に装置されるカル
マン渦流量計用センサに関する。

【０００２】

【従来技術】周知の如く、カルマン渦流量計（以後単に
渦流量計と呼ぶ）は、流管内において流量と発生カルマ
ン渦周波数との比例定数であるストローハル数が定数と
なるレイノルズ数範囲で使用される簡易な流量計である
。渦流量計は渦発生体と、該渦発生体から発生する渦を
検出するセンサとで構されると云っても過言ではない。

【０００３】渦を検出するセンサは多様であるが、渦発
生に伴い発生する変動圧力を検出する圧力検出方法は代
表的な渦検出方法である。圧力検出方法にも、渦変動圧
力に応動する圧力センサを渦発生体自体に装着する一体
検出形と渦発生体と別体に後流側に設ける別体形とに分
類できる。

【０００４】一体検出形のものは形状が小さくできるが
渦発生体は流量計の計測する流量範囲に応じて定められ
る。すなわち渦発生体は流量に応じた流管径に対応した
長さのものとなり、渦検出器は渦発生体に固着されるの
で製造上非能率であり保守点検に際しても不便が多かっ
た。

【０００５】本出願人は叙上の問題を解消するために先
に渦発生体の大小に拘らず渦センサを同一のものを用い
て着脱する渦流量計を提案した。

【０００６】特公昭６３−３１７２６号公報は、本発明
に係る上記渦流量計に関するものである。図３（ａ），
（ｂ）は、上記従来の渦流量計の構造図で、図（ａ）は
流水方向からみた断面図、図（ｂ）は、図（ａ）のＡ−
Ａ線矢視図である。図中、３１は流管、３２は渦発生体
、３３は取付面、３４は長孔、３５，３５は差圧導入孔
、３６は円筒体、３６ａは受圧板、３７は弾性母材、３
８は圧電素子、３９は充填剤、４０は振動管、４１は取
付フランジ、４２は出力端子である。

【０００７】図示の渦流量計は、被測定流体が流通する
流管３１内に渦発生体３１の両端を固着して一体形成し
た渦流量計本体をもっており、前記渦発生体３２の両側
面に対をなす差圧導入孔３５，３５を穿孔し、該差圧導
入孔３５，３５には長孔３４が連通し、該長孔３４は流
管３１の管壁を貫通している。長孔３４まわりの流管３
１の外壁には取付面３３を形成し該取付面３３には取付
フランジ４１をもった振動管４０が片持支持される。

【０００８】振動管４０は有底の円筒体３６を有し該円
筒体３６の端部には受圧板３６ａが設けられている。円
筒体３６の内部軸上に圧電素子３８を両面に貼着した弾
性母材３７が挿入され、ガラス等の充填剤３９により円
筒体３６と一体に固着される。

【０００９】被側定流体が紙面に垂直な方向に流れた場
合、渦が渦発生体３２の下流に発生し圧力変動をもたら
すが、この圧力変動は、差圧導入孔３５，３５より長孔
３４内に導入され受圧板３６ａを紙面左右方向に駆動す
る。この圧力振動は、片持支持された振動管４０内の圧
電素子３８に伝達され渦の圧力変動に応動する渦信号を
端子４２より出力する。

【００１０】上記の従来の渦流量計において、同一のも
のが別体に成形され、渦発生体の大きさが異なっても、
振動管４０は共通のものが使用され渦発生体３２内の長
孔３２に挿入されて使用されるので、生産が合理化され
安価な渦流量計を提供できるが、反面下記の問題があっ
た。

【００１１】（１）振動管４０内はガラスを高温で処理
充填するため振動管４０の耐食性に問題があり強度が劣
化する。（２）ガラス封着において内部ひずみの除去、気泡の混
入をなくすために時間がかかり作りにくい。（３）流体に直接さらされるため、高温流体が流れた場
合、充填ガラスの物性により絶縁抵抗が低くなる。（４）センサーの乾燥に時間がかかる。（５）圧力導入孔３５、長孔３４を通って被測定流体が
噴出するので運転中のセンサー交換が出来ない。

【００１２】

【目的】本発明のカルマン渦流量計用センサは、叙上の
問題点に鑑みてなされたもので、運転中においてもセン
サ交換を可能にし、しかも耐蝕性が優れ、製作容易なカ
ルマン渦流量計センサを提供することを目的とするもの
である。

【００１３】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
流管および渦発生発を一体形成し、渦発生体の両側面に
開口する一対の差圧導入孔に連通する長孔を有する本体
と、前記長孔に挿入し前記流管壁に片持支持される有底
中空な振動管と、該振動管内中空底部に一端を圧接した
伝導ロッドの他端にセンサ室を配設し振動管支持部近傍
に着脱自在に配設されるセンサとからなり、前記対をな
す差圧導入孔より導入されるカルマン渦の変動差圧によ
り振動管に作用する横振動を伝動ロッドを介して伝達し
センサ室内で縦振動で検出すること、更には、（２）前
記において、振動管とセンサとを伝導ロッドの一端を圧
接する圧接力が調整可能に配設したこと、更には、（３
）振動管内中空底部の形状を底に向けて狭められるテー
パとし、該テーパと圧接する伝導ロッドの一端形状を薄
肉管状としたこと、更には、（４）振動管内中空底部の
形状を底に向けて狭められるテーパとし、該テーパと圧
接する圧接部を伝導ロッドの端部直径上に溝を設け該溝
により形成される接片とし、該接片を横振動方向に配設
したこと、更には、（５）振動管内中空底部の形状を底
部近傍において小径な中空を設けたものとし、該小径中
空壁と圧接する伝導ロッドの一端に前記小径な中空より
僅かに大径な薄肉円板を固着し該薄肉円板を前記小径中
空壁に弾性的に圧接したこと、更には、（６）振動管内
中空底部の形状を底部近傍において小径な中空を設けた
ものとし、該小径中空壁と圧接する伝導ロッドの一端に
前記小径な中空に接する円板状としたことを特徴とした
ものである。以下、本発明の実施例に基づいて説明する
。

【００１４】図１は、本発明によるカルマン渦流量計用
センサの一実施例を説明するための構成図で、図中、１
は流管、２は渦発生体、３は流路、４，４は差圧導入孔
、５は長孔、６は取付面、７は振動管、８は中空部、９
は中空底部、１０は取付フランジ、１１はビス孔、１２
はセンサ、１３は伝導ロッド、１４は圧接端、１５はセ
ンサ室、１６は検出素子、１７は充填剤、１８はリード
線、１９は鍔、２０は袋ナット、２０ａは固定ビス、２
０ｂはロックナット、２１は導管、２２は端子ボックス
、２３はハーメチックシール、２４は出力端子である。

【００１５】図示において、流管１内には渦発生体２の
両端部が固着され、渦発生体２は流路３を対称に区分す
る。上記の如く一体成形された渦流量計本体には、渦発
生体２の軸方向に流管１の一方の壁面を貫通する長孔５
が設けられ、該長孔５には渦発生体２の両側面に開口す
る差圧導入孔４，４が連通する。該長孔５の流管壁端面
は取付面６となり、該取付面６には振動管７の取付フラ
ンジがボルト孔１１部で固着される。振動管７は中空底
部９を有する中空部８が設けてあり、端部には更に受圧
板７ａが形成されていて、常温で加工される。なお、受
圧板７ａは必ずしも必要ではなく、この場合振動管７は
、図示の受圧板７ａの端部迄伸びている。

【００１６】前記中空底部９にはセンサ１２の伝導ロッ
ド１３の一端が接している。センサ１２は伝導ロッド１
３とセンサ室１５とからなっており、該センサ室１５内
の底部には検出素子１６，１６が伝導ロッド１３の軸と
対称に固着されている。該検出素子１６，１６は、圧電
素子板、ひずみゲージ、静電容量、光変換手段等、ひず
みを他の物理量に変換されるものであれば何れでもよい
。いま検出素子１６，１６を圧電素子とした場合、ガラ
スを充填剤１７としてセンサ室１５内に密着して一体に
固化され、リード線１８は導管２１、端子ボックス２２
ハーメチックシール２３により、外気と遮断し絶縁抵抗
の低下を生じないようにしている。

【００１７】センサ１２は、振動管７と締め付け袋ナッ
ト２０によって伝導ロッド１３の軸方向に移動できるよ
うに調節でき、伝導ロッド１３の一端の圧接端１４が振
動管７の中空底部９に圧接したところで鍔１９により固
定ビス２０ａ，ロックナット２０ｂにより固着される。伝導ロッド１３と中空底部９とは圧接されるので圧接端
は弾性をもって振動伝達できることが必要で、図示のも
のは中空底部９は下方端部に向けて挾まるテーパとなり
、圧接端１４は薄肉管状とするため端部中心に穴２５を
設けている。

【００１８】上述の如く、流管１と振動管７およびセン
サ１２とは一体に着脱可能に組立てられて、被測定流体
が流路３内を流れて発生する渦の変動圧力は差圧導入孔
４より導入され受圧板７ａを図示の左右方向、すなわち
横方向の振動を生ずる。該横方向の振動は伝達ロッド１
３によりセンサ室１５を加振し、センサ室１５内で縦方
向振動に変換されて検出素子１６，１６に交互に反対方
向にひずむひずみ量として電気信号に変換される。

【００１９】以上に説明したように、渦信号は振動管７
に着脱可能に固着されたセンサ１２により振動方向を変
換して検出されるので小形な検出部が得られ、このため
充填剤１７の量も少くでき、固着も安定となる。また振
動管７も常温加工できるので素材の材質は組織変化を生
ずることなく安定した状態で加工されるので耐振性が増
え疲労強度が高められる。更に振動管７は、それ自体耐
圧容器となるので、センサ１２を計量中でも交換できる
。なお、振動伝達部である中空底部９と圧接端１４との
圧接する方法に種々のものが挙げられる。

【００２０】図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本
発明のカルマン渦流量計用センサの圧接部構造の他の実
施例を示す図であり、図中、図１と等しい作用をする部
分には同一の符号を付している。図（ａ）の圧接部構造は、中空底部９のテーパ形状を９
ａで示し、上記に説明した構造のもので説明は省略する
。図（ｂ）の圧接部構造は圧接端２６を伝導ロッド１３の
端部直径上に軸と直交して溝２６を設け、該溝の両側部
２６ａを押圧接片としたもので、該接片２６ａは横方向
振動によりテーパ状中空底部９ａに接し振動伝達を行う
ものである。

【００２１】図（ｃ）の圧接部構造は、振動管７の中空
底部９に更に小径な中空９ｂを設け、該小径な中空９ｂ
の壁面に圧接する伝導ロッド１３端部には中空９ｂの直
径より僅かに大きい径の薄板円板２７を固着したもので
該薄板円板２７を弾性的に中空９ｂ壁面に圧接する。図（ｄ）の圧接部構造は、振動管７の中空底部９に図（
ｃ）同様に小径な中空９ｂを設け、該小径な中空９ｂの
壁面に伝達ロッド１３端部を中空９ｂと接する程度の外
径の円板２８を一体に形成したものである。

【００２２】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、センサの製作が容易となり、耐食性、絶縁性の改善
がなされ、更に稼動中にセンサ交換が出来る等の効果が
ある。更に詳細に列挙すると、下記に示す効果がある。（１）振動管はガラス充填等がなく高温で熱処理されな
い為、耐食性、強度が劣化することはない。（２）振動方向の転換がなされ検出素子を並置するので
小容量のセンサ室となり、更に、ガラス封着するにして
も、センサ室のごく１部であり、製作が容易である。（３）ガラス封着するにしても、深くない為、センサの
乾燥が容易である。（４）流体から離れたところにセンサを設置できる為、
高温流体が流れても、センサの温度上昇が少なくて済む
。（５）センサをカセット方式とした為、運転中にセンサ
の交換が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカルマン渦流量計用センサの一実
施例を説明するための構成図。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明のカ
ルマン渦流量計センサの圧接部構造の他の実施例を示す
図。

【図３】（ａ），（ｂ）は、上記従来の渦流量計の構造
図で、図（ａ）は流れ方向からみた断面図、図（ｂ）は
、図（ａ）のＡ−Ａ線矢視図。

【符号の説明】

１　　流管２　　渦発生体４　　差圧導入孔５　　長孔７　　振動管１２　　センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　流管および渦発生発を一体形成し、渦
発生体の両側面に開口する一対の差圧導入孔に連通する
長孔を有する本体と、前記長孔に挿入し前記流管壁に片
持支持される有底中空な振動管と、該振動管内中空底部
に一端を圧接した伝導ロッドの他端にセンサ室を配設し
振動管支持部近傍に着脱自在に配設されるセンサとから
なり、前記対をなす差圧導入孔より導入されるカルマン
渦の変動差圧により振動管に作用する横振動を伝動ロッ
ドを介して伝達しセンサ室内で縦振動で検出することを
特徴とするカルマン渦流量計用センサ。
【請求項２】　　前記において、振動管とセンサとを伝
導ロッドの一端を圧接する圧接力が調整可能に配設した
ことを特徴とする請求項（１）記載のカルマン渦流量計
用センサ。
【請求項３】　　振動管内中空底部の形状を底に向けて
狭められるテーパとし、該テーパと圧接する伝導ロッド
の一端形状を薄肉管状としたことを特徴とする請求項（
１）又は（２）記載のカルマン渦流量計用センサ。
【請求項４】　　振動管内中空底部の形状を底に向けて
狭められるテーパとし、該テーパと圧接する圧接部を伝
導ロッドの端部直径上に溝を設け該溝により形成される
接片とし、該接片を横振動方向に配設したことを特徴と
する請求項（１）又は（２）記載のカルマン渦流量計用
センサ。
【請求項５】　　振動管内中空底部の形状を底部近傍に
おいて小径な中空を設けたものとし、該小径中空壁と圧
接する伝導ロッドの一端に前記小径な中空より僅かに大
径な薄肉円板を固着し該薄肉円板を前記小径中空壁に弾
性的に圧接したことを特徴とする請求項（１）又は（２
）記載のカルマン渦流量計用センサ。
【請求項６】　　振動管内中空底部の形状を底部近傍に
おいて小径な中空を設けたものとし、該小径中空壁と圧
接する伝導ロッドの一端に前記小径な中空に接する円板
状としたことを特徴とする請求項（１）又は（２）記載
のカルマン渦流量計用センサ。