JPH0545191A

JPH0545191A - カルマン渦流量計

Info

Publication number: JPH0545191A
Application number: JP3205329A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kashimura; 修鹿志村; Hiromi Suzawa; 広美須澤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】同一管路系統に属するポンプなどで発生する脈
動ノイズの影響が補償できるカルマン渦流量計を提供す
る。【構成】圧電素子１４を、対向する共通電極および一対
の分電極１７，１８で構成し、この各分電極１７，１８
を、渦発生体と管路との各軸線を含む平面に関して対称
に配置するとともに、その配置面上でその中心から管路
軸線と直角な２方向に伸びる各線分を含み、管路軸線と
平行な方向に係る狭い領域をもたせるようにし、流れ方
向の脈動ノイズによる影響を受けさせない構成にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、とくに同一管
路系統に属するポンプなどで発生する脈動ノイズ（水圧
変動ノイズ）の影響が補償できるカルマン渦流量計に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来例について、その要部の断面図であ
る図３を参照しながら説明する。図３において、従来例
の要部は、概略的に言えば、管路１の側壁にネジ固定さ
れる基台２と、この基台２にネジ固定される検出体３と
からなる。基台２は主として、管路１の側壁外周への固
定部としての基板２a と、基板２a の中心にある突出部
で側壁に嵌挿される支承部２b と、この支承部２b から
管路１の内部に突出するカルマン渦発生支援用の柱状体
２c と、この柱状体２c の先端に位置し管路１の側壁の
対向箇所に嵌挿される支承部２d とからなる。各支承部
２b,２d の、管路１の側壁への嵌挿は、柱状体２c に対
する防振のために各Ｏリング５，６を介してなされる。

【０００３】検出体３は主として、基板２a の表面にネ
ジ固定されるフランジ部３a と、このフランジ部３a か
ら管路１の内部側に伸びる支柱部３b と、カルマン渦発
生体としての柱状体３c と、この柱状体３c の先端に位
置し基台２の支承部２d の中心部にＯリング７を介して
嵌挿される支承部３d と、フランジ部３a から管路１の
外方に伸びる支柱部３e と、支柱部３e の先端部に位置
調整可能に固定されるウェイト３f とからなる。検出体
３を構成する前記の各部分は全て同軸である。なお、Ｏ
リング７は、柱状体３c に対する防振用である。また、
フランジ部３aは、発明におけるダイヤフラムとしての
フランジに相当する。

【０００４】さて、図４は図３におけるＡ−Ａ断面図で
あり、同図に示すように、基台２の柱状体２c は、その
断面が等辺三角形で、検出体３の柱状体３c は、その断
面が等辺台形である。柱状体２c の断面の等辺三角形の
底辺と、柱状体３c の断面の等辺台形の長底辺とは、ほ
ぼ同じ長さで近接対向している。これら各柱状体２c,３
c は広義のカルマン渦発生体を構成し、柱状体３c が渦
発生の主部に、柱状体２c が渦発生を支援する副部に相
当する。なお、矢印Ｑは流れ方向を示す。

【０００５】ここで重要なことは、主な渦発生体として
の柱状体３c が、外部の振動や衝撃（以下、単に外部振
動という）を受けたときの慣性力によるフランジ部３a
の箇所に関する曲げモーメント（以下、慣性曲げモーメ
ントという）と、支柱部３eおよびウェイト３f が、同
じ外部振動を受けたときのフランジ部３a の箇所に関す
る慣性曲げモーメントとが、互いに同じ大きさで逆方向
になるように構成される点である。なお、支柱部３e お
よびウェイト３f が、発明におけるバランスウェイトに
相当する。言いかえれば、前記の条件が成り立つよう
に、予め概略的に決められた寸法，重さのウェイト３f
が微細に位置調整されるわけである。したがって、支柱
部３b および主な渦発生体としての柱状体３c が外部振
動を受けたときのフランジ部３a の箇所に関する慣性曲
げモーメントは、バランスウェイトとしての支柱部３e
およびウェイト３f が同じ外部振動を受けたときのフラ
ンジ部３a の箇所に関する慣性曲げモーメントによって
相殺される。

【０００６】図６(b) は以上のことを示す模式図で、同
図において、フランジ部３a の箇所に関する慣性曲げモ
ーメントＭ1 は、支柱部３b,柱状部３c に係る矢印表示
した各部の慣性力によるもの、同じくその慣性モーメン
トＭ2 は、支柱部３e,ウェイト３f に係る矢印表示した
各部の慣性力によるものであって、各慣性モーメントＭ
1,Ｍ2 は大きさが同じで方向が逆になる。なお、図６
(a) は柱状部３c の各部に作用する矢印表示したカルマ
ン渦による力（渦力）の、フランジ部３a の箇所に関す
る曲げモーメントＭの模式図である。その結果、フラン
ジ部３a に固着された圧電素子４の出力は、外部振動の
影響が除去されてカルマン渦の振動数だけに対応した周
波数になる。

【０００７】再び図３に戻り、４は圧電素子であり、フ
ランジ部３a の上面に支柱部３e を貫通させる形で接着
される。圧電素子４は、その表面図である図５(a) と、
その裏面図である図５(b) とに示したように、圧電物質
を中間に挟む形で構成され、ハッチング表示された各電
極４a,４b,４c,４d からなる。各電極４a,４b は、柱状
部３c と管路１との各軸線を含む平面、つまりＸ−Ｘを
含む紙面に直角な平面に関して対称に配置された二つの
分電極で、外側の表面に固着される。また電極４d は、
分電極である各電極４a,４b に対応する一つの共通電極
で、内側の表面に固着される。なお、図５(a) における
外側の表面に固着される電極４c は、共通電極である電
極４d と一体化され出力取出し部の役目をする。出力取
出しは、内側の電極４d の部分からは困難なので、電気
的に等価な外側の電極４c からおこなうわけである。こ
のようにして出力信号は、各電極４a,４b と、電極４c
を介して電極４d との間からそれぞれ取り出される。

【０００8 】しかも、図５(a),(b) を参照しながら説明
したように、圧電素子４からは、図４に示した柱状体３
c に作用する、この柱状体３c の軸線と流れ方向Ｑとに
直角なＹ−Ｙ方向（揚力方向）の交番力だけ、言いかえ
れば、流体の流速流量だけに対応する出力信号が、周知
の電子回路によって２倍される形で取り出されることに
なる。このことは測定の感度，精度の向上に役立つ。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来例では、同一管路
系統に属するポンプによって発生する脈動ノイズ、つま
り水圧変動ノイズの影響を補償できない。なぜなら、ポ
ンプによる脈動ノイズは渦発生体だけに作用するからで
ある。したがって、ポンプによる脈動ノイズの周波数
が、カルマン渦の周波数に近いときにはその分別が難し
く、脈動ノイズがカルマン渦信号に影響を及ぼす、言い
かえれば正確な流速流量の測定を阻害する結果となる。

【００１０】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、同一管路系統に属するポンプなどで
発生する脈動ノイズ（水圧変動ノイズ）の影響が補償で
きるカルマン渦流量計を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るカルマン
渦流量計は、被測定流体が流れる管路の側壁の表面に固
定されるダイヤフラムとしてのフランジと；このフラン
ジの前記側壁側表面からこの側壁を貫通して前記管路の
内部に伸びる形で設けられる渦発生体と；前記フランジ
の前記側壁とは逆側の表面に固定される圧電素子と；を
有する検出体を備え、前記圧電素子の出力に基づいて前
記被測定流体の流速流量が測定される流量計において、
前記圧電素子は、その各表面に対向させる形で共通電極
および一対の分電極を備え、この各分電極は、前記の渦
発生体と管路との各軸線を含む平面に関して対称に配置
されるとともに、その配置面上でその中心から前記管路
軸線と直角な２方向に伸びる各線分を含み、かつ前記管
路軸線と平行な方向に係る狭い領域を有する。

【００１２】請求項２に係るカルマン渦流量計は、被測
定流体が流れる管路の側壁の表面に固定されるダイヤフ
ラムとしてのフランジと；このフランジの前記側壁側表
面からこの側壁を貫通して前記管路の内部に伸びる形で
設けられる渦発生体と；前記フランジの前記側壁とは逆
側に設けられるバランスウェイトと；前記フランジの前
記側壁とは逆側の表面に固定される圧電素子と；を有す
る検出体を備え、前記渦発生体が外部振動を受けたとき
の前記フランジの箇所に関する慣性曲げモーメントと、
前記バランスウェイトが同時に前記外部振動を受けたと
きの前記フランジの箇所に関する慣性曲げモーメントと
が互いに同じ大きさで逆方向になるとともに、前記圧電
素子の出力に基づいて前記被測定流体の流速流量が測定
される流量計において、前記圧電素子は、その各表面に
対向させる形で共通電極および一対の分電極を備え、こ
の各分電極は、前記の渦発生体と管路との各軸線を含む
平面に関して対称に配置されるとともに、その配置面上
でその中心から前記管路軸線と直角な２方向に伸びる各
線分を含み、かつ前記管路軸線と平行な方向に係る狭い
領域を有する。

【００１３】

【作用】請求項１または２に係るカルマン渦流量計で
は、圧電素子の分電極が、管路軸線方と平行な向つまり
流れ方向に係る狭い領域をもつから、分電極の領域では
流れ方向の力によってフランジに歪みを生じることがな
く、圧電素子の出力は、カルマン渦の振動数だけに対応
する周波数が得られるとともに、流れ方向の力とは無関
係である。とくに請求項２に係るカルマン渦流量計で
は、圧電素子の出力には、以上の外にさらに外部振動の
影響が除去される。

【００１４】

【実施例】この発明に係るカルマン渦流量計の実施例に
ついて、以下に図を参照しながら説明する。この実施例
が従来例と異なる点は、圧電素子、さらに詳しくはその
電極にある。図１は実施例における圧電素子の表面図、
図２はその側面図である。図１において、圧電素子１４
には、圧電物質を挟む形で、表面側に一対の分電極１
７，１８が設けられ、また図２に示すように、これらに
対向して裏面側に共通電極１５が設けられる。なお、１
６は共通電極１５に接続されるリード部で、電気的に外
部に引き出すのに便利なように表面側に折り返される部
分である。各分電極１７，１８は円形をなし、Ｘ−Ｘ軸
に関して対称に、その中心がＹ−Ｙ軸上に位置する。

【００１５】実施例と同一管路系統に属するポンプなど
で発生する脈動ノイズは、図１においてＸ−Ｘ軸方向に
作用するから、それに基づいてフランジ、ひいては圧電
素子１４に生じる歪みは、主に図のＸ−Ｘ軸上の破線表
示の各Ｕ領域に限定される。一方、カルマン渦によって
生じる歪みは、主にＹ−Ｙ軸上の破線表示の各Ｖ領域に
限定される。したがって、各分電極１７，１８を、その
領域が各Ｕ領域から隔離し、各Ｖ領域だけに位置するよ
うに配置すれば、カルマン渦だけに対応し、脈動ノイズ
の影響を抑制することができる。その意味で、各分電極
１７，１８は、Ｙ−Ｙ軸を含み、かつ流れ方向Ｑ、つま
り管路軸線と平行な方向には狭い領域である必要があ
る。しかし反面、分電極は面積的に広いほどカルマン渦
に対して感度が高くなるから、各分電極１７，１８の形
状，寸法の決定は、そのときの脈動ノイズの実態を勘案
しながら、両方の要求の調和を図る形でおこなわれるこ
とになる。

【００１６】

【発明の効果】請求項１または２に係るカルマン渦流量
計では、圧電素子の分電極が、管路軸線と平行な方向つ
まり流れ方向に係る狭い領域をもつから、分電極の領域
では流れ方向の力によってフランジに歪みを生じること
がなく、圧電素子の出力は、流れ方向の力とは無関係で
ある。したがって、圧電素子の出力はカルマン渦の振動
数だけに対応する周波数が得られるとともに、流れ方向
の力の影響を補償ないし抑止できるから、同一管路系統
に属するポンプなどで発生する脈動ノイズ、つまり水圧
変動ノイズの影響を受けることのない正確な流速流量が
測定可能である。とくに請求項２に係るカルマン渦流量
計では、以上の外に外部振動の影響も受けない、より正
確な流速流量が測定可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例における圧電素子の表面図

【図２】同じくその側面図

【図３】従来例の要部の断面図

【図４】従来例の図３におけるＡ−Ａ断面図

【図５】従来例における圧電素子に関し、(a) はその表
面図、(b)はその裏面図

【図６】従来例における曲げモーメントに関し、(a) は
渦力による曲げモーメントの模式図、(b) は外部振動に
よる慣性曲げモーメントの模式図

【符号の説明】

１４圧電素子１５共通電極１６リード部１７分電極１８分電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定流体が流れる管路の側壁の表面に固
定されるダイヤフラムとしてのフランジと；このフラン
ジの前記側壁側表面からこの側壁を貫通して前記管路の
内部に伸びる形で設けられる渦発生体と；前記フランジ
の前記側壁とは逆側の表面に固定される圧電素子と；を
有する検出体を備え、前記圧電素子の出力に基づいて前
記被測定流体の流速流量が測定される流量計において、
前記圧電素子は、その各表面に対向させる形で共通電極
および一対の分電極を備え、この各分電極は、前記の渦
発生体と管路との各軸線を含む平面に関して対称に配置
されるとともに、その配置面上でその中心から前記管路
軸線と直角な２方向に伸びる各線分を含み、かつ前記管
路軸線と平行な方向に係る狭い領域をもつことを特徴と
するカルマン渦流量計。
【請求項２】被測定流体が流れる管路の側壁の表面に固
定されるダイヤフラムとしてのフランジと；このフラン
ジの前記側壁側表面からこの側壁を貫通して前記管路の
内部に伸びる形で設けられる渦発生体と；前記フランジ
の前記側壁とは逆側に設けられるバランスウェイトと；
前記フランジの前記側壁とは逆側の表面に固定される圧
電素子と；を有する検出体を備え、前記渦発生体が外部
振動を受けたときの前記フランジの箇所に関する慣性曲
げモーメントと、前記バランスウェイトが同時に前記外
部振動を受けたときの前記フランジの箇所に関する慣性
曲げモーメントとが互いに同じ大きさで逆方向になると
ともに、前記圧電素子の出力に基づいて前記被測定流体
の流速流量が測定される流量計において、前記圧電素子
は、その各表面に対向させる形で共通電極および一対の
分電極を備え、この各分電極は、前記の渦発生体と管路
との各軸線を含む平面に関して対称に配置されるととも
に、その配置面上でその中心から前記管路軸線と直角な
２方向に伸びる各線分を含み、かつ前記管路軸線と平行
な方向に係る狭い領域をもつことを特徴とするカルマン
渦流量計。