JPH0569369B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、カルマン渦を利用して測定流体の質
量流量を測定する質量流量計に関するものであ
る。

（従来の技術） 流体中に物体を置くと、物体の両後側面から交
互にかつ規則的に渦が発生し、下流に渦列となつ
て流れることが古くから知られている。この渦列
はカルマン渦列といわれ、単位時間当りの渦の生
成数（生成周波数）が流体の流速に比例してい
る。そこで、測定流体を導く管路内に渦発生体を
配置し、渦発生体によつて流速に比例した渦を発
生させ、渦の生成による揚力変化を圧電素子、ス
トレンゲージ、容量やインダクタンス等のセンサ
で検出し、検出信号の周波数のみを取り出して流
体の流速や流量を測定する渦流量計が実用化され
ている。ところで、一般に知りたい流量は化学変
化を行わせるプロセスではもちろんのこと、取引
においても質量流量であることが多い。また測定
流体が気体やスチームの場合には温度や圧力でそ
の密度が大きく変わり、液体の場合でも温度によ
りその密度がかなり変化してしまう。このため渦
流量計と並設して温度や圧力を測定するか、密度
計にて密度を測定し、質量流量を測定している。
しかし密度計と渦流量計とを用いると繁雑高価で
あり、温度や圧力計と渦流量計との組合せでは、
繁雑高価であるばかりでなく、流体の温度の測定
が難しいことから精度や応答性も悪い。

ところで、第９図に示す如く、管路１に渦発生
体２が配置され、測定流体が管路１に流された場
合に、渦発生体２に作用する平均抗力F_D、変動
揚力F_Lや圧力損失ΔPは一般に次式で示される関
係にある。

F_D ∝ C_D１／２ρV² …(1) F_L ∝± C_L１／２ρV² …(2) ΔP ∝ C_p１／２ρV² …(3) 但し C_D；抗力係数 C_L；変動揚力係数 C_p；圧力損失係数 ρ ；密度 Ｖ ；流速 (1)、(2)についてはたとえば「流れ学 第５章渦
P.79.P.87 21クツタジユコフスキーの定理 谷一
郎著 岩波書店」で述べられている。又(3)は渦発
生体からの境界層の剥離（カルマン渦の発生）に
よる損失から導かれるものである。

さて、平均抗力F_D、変動揚力F_L、圧力損失ΔP
は、抗力係数C_D、変動揚力係数C_L、圧力損失係
数C_pが定数であれば、ρV²に比例するので、渦周
波数ｆ＝StＶ／ａ＝KV（但し、St：ストロハル数、 ｄ：渦発生体２の直径、Ｋ＝St／ａで定数）で(1)、 (2)、(3)式を割算すれば、ρVが得られる。抗力係
数C_D、変動揚力係数C_L、圧力損失係数C_pの値に
ついては、たとえば、抗力係数C_Dについては第
１０図（航空宇宙工学便覧P.205 日本航空宇宙
学会編 丸善株式会社 発行）に示されるよう
に、各種形状の渦発生体について求められてい
る。

又、ρV²検出器とＶ検出器とを割算することに
よりρ・V²／Ｖ＝ρVなる質量流量を求めること
についても、流量計測ハンドブツクP.344 川田
裕郎編著 日刊工業新聞社発行に述べられている
ように、従来から一般的に行われている技術であ
る。

渦流量計において、この種の公知例としては、
西独特許DE3032578C2「測定流体を動的に密度に
非依存に決定する方法と装置（内容は渦流量計に
よる質量流量の測定）」があり、変動揚力を渦発
生体に取付けたストレインゲージの歪みとして検
出したり、バネにより渦発生体に発生するトルク
を検出したり、渦発生体の前面にピトー管を設置
し抗力を検出し、渦周波数と割算することにより
質量流量を求めるものがある。

また、国内においては、実開昭54−174359号
「カルマン渦を利用した測定装置」においても、
渦発生体の上下流側にダイアフラムによる容量検
出部を設け、容量変化の直流分より抗力F_Dを、
交流分から渦周波数を検出し割算することにより
質量流量を求めるものがある。

また、特開昭57−61916号「カルマン渦を利用
した測定装置」に変動揚力を検出し、渦周数で割
算する例が示されている。

以下、特開昭57−61916号について説明する。

第１３図はこの特開昭57−61916号の構成説明
図である。図において、１ａは測定流体が流れる
管路、２ａは管路１ａに垂直に挿入された柱状の
渦発生体で、その両端は管路１ａに固定されてい
る。渦発生体２ａの本体２１ａはステンレス等か
らなり、測定流体にカルマン渦列を生ぜしめかつ
揚力変化を安定強化するような例えば台形等の断
面形状を有している。渦発生体２ａの頂部２２ａ
はステンレス等からなり、凹部２３ａを有し本体
２１ａとは溶接等により一体に形成されている。
４１ａは圧電素子からなる素子本体で、渦発生体
２ａの凹部２３ａにガラス等の絶縁材３ａによつ
て封着され、渦発生体と一体に形成されている。
また素子本体４１ａは円板状をなし、その中心が
渦発生体２０ａの中立軸と一致するように配置さ
れている。さらに素子本体４１ａには、第１４図
に示すようにその表と裏にそれぞれ左右に分割し
て対称的に電極４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａ
が設けられ、電極４２ａと４３ａで挾まれた部分
で第１の圧電センサ４６ａを形成し、電極４４ａ
と４５ａで挾まれた部分で第２の圧電センサ４７
ａを形成する。そして第１、第２の圧電センサ４
６ａ，４７ａに生ずる電荷が差動的になるよう
に、電極４２ａと４５ａおよび電極４３ａと４４
ａが各々結線され、かつ電極４２ａと４４ａから
それぞれリード線４８ａ，４９ａが絶縁材３ａを
貫通して外部に取り出されている。８ａは検出信
号処理回路で、圧電センサ４６ａ，４７ａで検出
した交流電荷ｑを交流電圧ｅに変換する。９ａは
比較器で、交流電圧ｅを一定レベルのパルス信号
Ｐに変換するためのものである。１０ａはＦ／Ｖ
コンバータで、比較器出力のパルス信号Ｐをその
周波数に比例した直流電圧E₁に変換する。１１
ａは整流平滑回路で、交流電圧ｅを整流平滑し、
その振幅に比例した直流電圧E₂に変換する。１
２ａは演算回路で、Ｆ／Ｖコンバータ１０ａと整
流平滑回路１１ａの出力E₁，E₂に所望の演算を
施し、その出力に流体の密度または質量流量に関
連した信号を取出すためのものである。

このように構成した本発明において、管路１ａ
内に測定流体が流れると、渦発生体２ａはカルマ
ン渦を発生させるとともに、渦の生成に基づく揚
力変化を受ける。渦発生体２ａは揚力変化を受け
るとその内部に図示の如く中立軸を挾んで逆方向
の応力変化が発生する。この渦発生体２ａに生ず
る応力変化は絶縁材３ａで渦発生体２ａに一体に
取付られた素子本体４１ａに伝達される。したが
つて第１、第２の圧電センサ４６ａ，４７ａには
それぞれ揚力変化に対応して互いに逆位相の電荷
量の変化が生ずる。そして圧電センサ４６ａ，４
７ａに生ずる電荷量は差動的に取り出され、リー
ド線４８ａ，４９ａ間には交番電荷ｑが生ずる。
交番電荷ｑは検出信号処理回路８ａで交流電圧ｅ
に変換される。交流電圧ｅの周波数を比較器９ａ
およびＦ／Ｖコンバータ１０ａを介して取り出せ
ば、(4)式の如く一般の渦流量計と同様渦周波数ｆ
すなわち流速Ｖに比例した電圧E₁が得られる。

E₁＝K₁V …(4) ただし、K₁は比例定数 一方交流電圧ｅの振幅を整流平滑回路１１ａを
介して取り出せば、整流平滑回路１１ａの出力
E₂は流体の密度をρとすると次式で与えられる。

E₂＝K₂ρV² …(5) ただし、K₂は比例定数 よつて、演算回路１２ａでE₂／E₁なる演算を行え ば、その出力Eoは、 Eo＝E₂／E₁＝K₂／K₁ρV＝K₃ρV …(6) となる。管路１ａの断面積をＳとすれば、質量流
量Qmは、 Qm＝ρVS …(7) で与えられるので、Eoは、 Eo＝K₃／ＳQm …(8) となり、質量流量に比例した信号となる。

また演算回路１２ａで、E₁を２乗した後E₂を
割るようにすれば、出力Eoは、 Eo＝E₂／E₁＝K₂／K₁ρ＝K₃／K₁ρ …(9) となり、流体の密度に比例した信号を得ることが
できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような装置においては、圧
電素子を使用しているので、温度変化があると、
圧電素子の温度係数の影響により検出精度が著し
く悪くなる。また、渦発生体２ａの熱膨張、管路
１ａの熱膨張の影響もあり、温度特性に基づく精
度が悪くなる。

渦流量計においては、出力周波数を対称とする
ので、圧電素子の温度に対する感度変化等は問題
とされないが、質量流量計の場合は、揚力の絶対
値が必要となるので、圧電素子の感度変化等は測
定値に大きな影響を及ぼし、大きな測定誤差を生
ずることになる。

本発明は、この問題点を解決するものである。

本発明の目的は、応力検出センサ近くに測温抵
抗体を設置し、この出力により、圧電素子の圧電
定数等の温度特性を補償することにより、温度特
性の良好な質量流量計を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明は、交番力
として作用するカルマン渦信号を利用して測定流
体の質量流量を測定する質量流量計において、測
定流体の管路に直角に挿入された柱状の受力体
と、該受力体の軸方向に設けられた凹部と、該凹
部の前記交番力による応力がほぼ零となる位置に
配置された圧電素子を有する第１応力検出センサ
と、該第１応力検出センサ配置位置以外の前記凹
部に配置された第２応力検出センサと、前記凹部
に側面が接触しない隙間を保つて挿入され一端が
前記応力検出センサを該凹部に押圧固定し他端が
前記凹部の開口部において固定された柱状の押し
棒と、前記応力検出センサを絶縁する絶縁体と、
前記応力検出センサからの渦信号を信号変換する
信号変換回路と、該信号変換回路からの信号の高
周波及び低周波ノイズを低減させるフイルタ回路
と該フイルタ回路からの信号を増幅する第１増幅
回路と該第１増幅回路からの信号をパルス信号に
変換するコンパレータと該コンパレータからの信
号をその周波数に比例した直流電圧に変換する
Ｆ／Ｖコンバータとを具備する第１信号処理回路
と、前記信号変換回路からの信号を増幅する第２
増幅回路と該第２増幅回路からの信号を検波する
検波回路と該検波回路からの信号のリツプル分を
除去する整流回路とを具備する第２信号処理回路
と、該第２信号処理回路からの信号を前記第１信
号処理回路からの信号で割算する割算回路と、前
記第１増幅器からの信号が前記コンパレータの設
定トリガレベルまで達しなくなつた場合に、前記
割算回路の出力を０とするゲート回路と、前記第
１信号処理回路と前記割算回路との間あるいは前
記第２信号処理回路と前記割算回路との間のいず
れか一方に設けられ前記圧電素子の圧電定数の温
度特性と前記受力体及び前記管路の温度膨張と前
記凹部によつて形成される前記受力体の外筒部分
と前記応力検出部及び前記絶縁体及び前記固定体
とで構成される内筒部分との曲げこわさの温度変
化とに基づく温度誤差を補償する補償回路とを具
備し、前記整流回路の時定数と前記Ｆ／Ｖコンバ
ータの整流回路の時定数とをほぼ同じにし、かつ
前記渦信号のビート周波数より大なるようにして
なる質量流量計を構成したものである。

（作 用） 以上の構成において、測定流体が流れると、カ
ルマン渦が発生する。このカルマン渦により、受
力体に交番力が作用し、第１、第２応力検出部に
おいて、交番の応力が発生し、これが電気信号と
して検出される。第１、第２応力検出部からの渦
信号を信号変換回路で信号変換し、第１信号処理
回路で直流信号に変換する。すなわち、フイルタ
回路で高周波及び低周波ノイズを低減させ、第１
増幅回路で信号を増幅し、コンパレータでパルス
信号に変換する。次にＦ／Ｖコンバータでパルス
信号の周波数に比例した直流電圧に変換する。

一方、信号変換回路からの信号を、第２信号処
理回路で信号処理する。すなわち、第２増幅器で
増幅し、検波回路で検波する。次に整流回路でリ
ツプル分を除去する。

この整流回路からの信号を割算回路において、
Ｆ／Ｖコンバータからの信号で割算して質量流量
に対応した電気信号を得る。

一方、第１増幅器からの信号がコンパレータの
設定トリガレベルまで達しない場合には、Ｆ／Ｖ
コンバータからの信号によりゲート回路により割
算回路からの出力を０とする。

更に、圧電素子の圧電定数と、受力体及び管路
の温度膨張と、外筒部と内筒部との曲げこわさの
温度変化に基づく温度誤差を補償する補償回路に
より温度補償する。

以下、実施例について説明する。

（実施例） 第１図Ａ，Ｂは、本発明の一実施例の構成説明
図でＡは正面図、Ｂは側面図、第２図は第１図の
検出器部を断面で示す構成説明図、第３図は第２
図の曲げモーメント線図である。

図において、１０は渦流量計検出器、２０は渦
流量計変換器である。

渦流量計検出器１０において、１１は測定流体
が流れる管路、１２は管路１１に直角に設けられ
た円筒状のノズル、１３はノズル１２を通して管
路１１に直角に挿入された柱状の渦発生体で、ス
テンレス等からなりその上端１３１はノズル１２
にネジまたは溶接により固定され、下端１３２は
プラグにより管路１１に支持されている。渦発生
体１３の測定流体と接する接流体部分１３３は測
定流体にカルマン渦列を生ぜしめ、かつ揚力変化
を安定強化するように例えば台形等の断面形状を
有し、また上端１３１側には凹部１３４を有して
いる。１３５は凹部１３４によつて渦発生体１３
に形成される外筒部である。１４はセンサ部で、
渦発生体１３の凹部１３４内に第１の応力検出セ
ンサ１４２と第２の応力検出センサ１４１とが一
定間隔おいて押圧固定されている。而して、第
１、第２の応力検出センサ１４２，１４１は、第
３図に示す如く、外乱力Ｎによつて渦発生体１３
に生ずる応力が零となる位置Ａの同一側又は両側
に配置されている。以下では、同一側に配置され
た場合について説明する。センサ部１４におい
て、ステンレス等の下敷１４３は第１の応力検出
センサ１４２と凹部１３４の底面とのバツフアの
役目をし、凹部１３４の底面の加工上のあらさ管
理の困難さを補うものである。ステンレス等の第
１のスペーサ１４４とセラミツク等の絶縁板１４
５およびステンレス等の第２のスペーサ１４６は
第１の応力検出センサ１４２と第２の応力検出セ
ンサ１４１との間隔を決めるとともに、両者の絶
縁を行うためのものである。ステンレス等の押し
棒１４７はセンサ１４１，１４２を押圧した状態
で渦発生体１３の上端１３１に溶接され、センサ
１４１，１４２を押圧固定するものである。なお
センサ部１４は渦発生体１３に下敷１４３と押し
棒１４７の上部のみで接触するようになつてい
る。応力検出センサ１４１，１４２は円板状の圧
電素子１４０からなり、その中心が渦発生体１３
の中立軸と一致するように配置されている。さら
に圧電素子１４０には第４図Ａ斜視図に示すよう
にその表と裏にそれぞれ測定流体の流れ方向（図
の矢印方向）に対して左右に分割して対称的に電
極１４０１，１４０２，１４０３，１４０４が設
けられ、かつ第４図Ｂに示す如く矢印方向（渦の
揚力方向）の力による曲げモーメントによつて中
立軸を挾んで互いに逆方向に発生する応力（圧縮
応力と引張応力）に対応して電極１４０１，１４
０２間に生ずる電荷と、電荷１４０３，１４０４
間に生ずる電荷とが同極性になるように反転分極
されている。このため第４図Ｃに示すように同方
向に発生する応力に対しては両電極間に互いに逆
極性の電荷が発生する。また測定流体の流れ方向
の応力によつて発生する電荷量は電極間でキヤン
セルされて出てこず、また流れ方向の配管振動に
よつて生ずる電荷量も電極間で互いにキヤンセル
されて出てこない。第２の応力検出センサ１４１
は電極１４０１，１４０２間および電極１４０
３，１４０４間にそれぞれ生ずる同極性の電荷の
和を出力電荷q₁とし逆極性の電荷をキヤンセルす
るために、電極１４０１と１４０３とが押し棒１
４７を介して共通に渦発生体１３すなわち基準点
に接続され、電極１４０２と１４０４とがスペー
サ１４６を介して共通にリード線１４８１に接続
されている。第１の応力検出センサ１４２は電極
１４０１，１４０２間および１４０３，１４０４
間にそれぞれ生ずる同極性の電荷の和を出力電荷
q₂とし逆極性の電荷をキヤンセルして、かつq₁と
は極性を反転させるために、電極１４０１と１４
０３がスペーサ１４４を介して共通にリード線１
４８２に接続され、電極１４０２と１４０４とが
下敷１４３を介して共通に渦発生体１３すなわち
基準的に接続されている。リード線１４８１，１
４８２はセンサ部１４の各部品に設けられた貫通
孔およびハーメチツクシール１４８を介して外部
に取り出され、渦流量計変換器２０に接続され
る。なお渦発生体１３の凹部１３４とセンサ部１
４で囲まれた部分には結露防止のために、露点の
低いガスが封入されており、押し棒１４７には封
入ガス用の連通孔１４９が設けられている。

第５図は第２図の電気回路３０（第２図に図示
せず）のブロツク図である。

３１，３２はチヤージコンバータで、応力検出
センサ１４１，１４２で検出した交流電荷q₁，q₂
を交流電圧E₃₁，E₃₂に変換する。３３は加減算回
路で、チヤージコンバータ３１，３２から出力を
加算して交流電圧E₃₃とする。５１は加減算回路
３３からの信号の温度補償を行う温度補償回路で
ある。温度補償回路５１は、第２図に示す如く、
第２応力検出センサ１４１近くの固定体１４７に
設けられた測温抵抗体５１１を含む。測温抵抗体
５１１は、この場合は、固定体の出力E₄₁，E₃₆に
所望の演算を施し、その出力に流体の密度または
質量流量に関連した信号E₄₂を取り出す。４３は
ゲート回路で、第１増幅回路３８からの交流電圧
E₃₈がシユミツト回路３９の設定トリガレベルに
まで達しなくなつた場合に、割算回路４２の出力
を０とする。而して、整流回路３６の時定数と
Ｆ／Ｖコンバータ４１の時定数をほぼ同じにし、
かつ、渦信号のビート周波数より大なるように構
成されている。

以上の構成において、変動揚力信号の絶対値を
正確に検出するため渦周波数の帯域内でフラツト
なｆ特性の信号変換回路（チヤージコンバータ３
１，３２と加減算回路３３）で物理量を電気量に
変換した後、同様に渦周波数の帯域内でフラツト
なｆ特性を有する第２増幅回路３４で増幅し、そ
のまま検波回路３５の入力とした。

一方、渦周波数検出は信号変換回路（チヤージ
コンバータ３１，３２と加減算回路３３）を通つ
た後、渦信号に含まれている高周波及び低周波ノ
イズを低減させるため、フイルタ回路３７と第１
増幅回路１４７に設けられた凹部１４７１に、熱
伝達がよく、また、固定体１４７を構成する金属
の熱膨張係数に等しい耐熱性のあるエポキシ樹
脂、または、セラミツク充填材を使用して封入さ
れている。３４は第２増幅回路で、交流電圧E₃₃
を増幅し交流電圧E₃₄とする。３５は検波回路で、
交流電圧E₃₄を検波しE₃₅とする。３６は整流回路
で、交流電圧E₃₅のリツプル分を除去する。第２
増幅回路３４と検波回路３５と整流回路３６とで
第２信号処理回路３０２を構成する。３７はフイ
ルタ回路で、交流電圧E₃₃に含まれる低周波ある
いは高周波のノイズを除去し、交流電圧E₃₇とす
る。３８は第１増幅回路で、交流電圧E₃₇を増幅
し、交流電圧E₃₈とする。３９はシユミツトトリ
ガー回路で、交流電圧E₃₈を一定レベルのパルス
信号P₃₉に変換する。４１はＦ／Ｖコンバータで、
パルス信号P₃₉をその周波数に比例した直流電圧
E₄₁に変換する。フイルタ回路３７と第１増幅回
路３８とシユミツトトリガー回路３９とＦ／Ｖコ
ンバータ４１とで第１信号処理回路３０１を構成
する。４２は割算回路で、Ｆ／Ｖコンバータ４１
と整流回路３６，３８を通した後、シユミツト回
路（コンパレータ）３９の入力とした。

以上の結果、変動揚力信号検出回路と渦周波数
検出回路とを信号変換回路の直後から別々に分け
ることにより、変動揚力信号の絶対値を正確に測
定することと、確実に渦周波数を検出することと
を両立させることができた。

次に、第１図実施例においては、第６図に示す
如く、変動揚力F_Lは下記の式で表わされる。

F_L＝±Ｃ・１／２ρV²・ｄ・Ｄ …(14) 但し C_L；変動揚力係数 ρ ；密度 Ｖ ；流速 ｄ ；渦発生体の流れに対向する径 Ｄ ；管内径 したがつて、変動揚力F_Lによる渦発生体１３
の信号曲げモーメントMsは Ms＝F_L・Ｄ／8.l³（2l³−D²l−6l²x＋D²x） …(15) ｌ；渦発生体の長手方向の長さ ｘ；上部固定端からの距離 センサ部１４の曲げモーメントM′は外筒部１
３５との曲げこわさの比となるから Ms′＝MsI₀E₀／I₀E₀＋I₁E₁ MsI₀／I₀＋I₁（E₁／E₀） …(16) I₀；センサ部１４の断面二次モーメント E₀；センサ部１４のキング率 I₁；外筒部１３５の断面二次モーメント E₁；外筒部１３５のキング率 よつてセンサ部１４の応力は σs＝Ms′／I₀ｙ …(17) ｙ；中立軸からの距離 圧電素子からなる応力検出センサ１４１，１４
２の発生電荷Qsは Qs＝∫_sσsd₁₁ds＝∫_sMs′／I₀yd₁₁ds …(18) Ｓ；圧電素子１４０の面積 d₁₁；圧電定数 となる。

(14)〜(18)式より Qs∝M′s∝ρV² …(19) 一方、ｆ＝StＶ／ｄ …(20) におけるＶは体積流量をＱとすると、 Ｖ＝Ｑ／Ｓ＝Ｑ／π／４D²−dD …(21) 割算回路４２では(19)式／(20)式の演算で、 Qs／fV∝SV²／Ｖ＝ρV …(22) の質量流量を得ている。

この場合、温度変化があると、(14)〜(21)式で示
される定数が変化し、誤差を生じる。

この温度誤差のうち最も大きいものは圧電素子
の圧電定数d₁₁の温度特性である。又、I₁E₁／I₀E₀
及びＤ，ｄの温度変化も比較的大きく、精密な質
量流量の測定では問題となる。

第５図においては、温度補正の原理ブロツク図
を示したが、具体的な数値及び回路定数で説明す
る。

今、圧電素子として、たとえば水晶を使用する
と、これの圧電定数d₁₁の温度係数は−0.016％／
℃又I₁E₁／I₀E₀、及びＤ，ｄの温度変化が−0.004
％／℃とすると、トータルで−0.02％／℃の温度
補正を行う必要がある。白金測温抵抗体を使用す
るとして、100Ωを用いるとすると、第７図に示
す如く、温度係数は非直線性を有するが、０度か
ら200度の間では0.3857Ω／℃の直線と考えると
する。第８図に示す如く、増幅器５１２の帰還回
路を白金100Ωと抵抗R₁とで構成する。但し 177.13＋R₁＝（１＋0.02×200）（100＋R₁） よりR₁＝1828Ωとする。

すなわち、温度補償回路５１のゲインを１℃当
り＋0.02％増加するようにすれば、温度誤差は補
正できる。

但し、白金測温抵抗体の温度特性はノンリニア
であり、200℃以外では誤差となるが、いずれも
０℃〜300℃の温度範囲では質量流量の誤差とし
ては0.1％以下となり無視できる。

この結果、圧電素子の圧電定数等の温度特性を
補償することにより、温度特性の良好な質量流量
計が得られる。

第９図は本発明の他の実施例の要部構成説明図
である。

本実施例においては、第１信号処理回路３０１
と割算回路４２との間に温度補償回路６１を設け
たものである。

すなわち、割算回路４２の分母側を温度補償す
るようにしたものである。（ρv²）／ｖにおいて、
ρv²が−0.02％／℃となる温度係数を有するとこ
ろから、ｖを同様に−0.02％／℃補償すれば、温
度補償が可能となる。

温度補償回路６１の具体的構成例を第１０図に
示す。増幅器６１１の入力段を白金100Ωと抵抗
R₂とで構成したものである。但し、 R₂／100＋R₂（１−0.02×200）＝R₂／177.13＋R₂ よりR₂＝1751Ωとする。

なお、温度補償回路６１は増幅器６１１がない
単純な分圧回路でもよいことは勿論である。

なお、前述の実施例においては温度補償回路５
１は、第２増幅回路３４の前に配置したが、検波
回路３５あるいは整流回路３６の前に配置しても
よいことは勿論である。

また、前述の実施例においては、一端固定、一
端支持した渦発生体の交番応力を検出する、いわ
ゆる応力検出方式を用いたものについて説明した
が、一端固定、一端自由にした渦発生体の交番応
力を検出するものでもよい。

また、変動揚力を検出する他の力検出方式、た
とえば、変位、ひずみ、トルク等においても、温
度変化によるセンサの機械的な定数（ヤング率、
ばね定数）の変化を温度補償してやれば、カルマ
ン渦を利用した質量流量計が構成できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、交番力として
作用するカルマン渦信号を利用して測定流体の質
量流量を測定する質量流量計において、測定流体
の管路に直角に挿入された柱状の受力体と、該受
力体の軸方向に設けられた凹部と、該凹部の前記
交番力による応力がほぼ零となる位置に配置され
た圧電素子を有する第１応力検出センサと、該第
１応力検出センサ配置位置以外の前記凹部に配置
された第２応力検出センサと、前記凹部に側面が
接触しない隙間を保つて挿入され一端が前記応力
検出センサを該凹部に押圧固定し他端が前記凹部
の開口部において固定された柱状の押し棒と、前
記応力検出センサを絶縁する絶縁体と、前記応力
検出センサからの渦信号を信号変換する信号変換
回路と、該信号変換回路からの信号の高周波及び
低周波ノイズを低減させるフイルタ回路と該フイ
ルタ回路からの信号を増幅する第１増幅回路と該
第１増幅回路からの信号をパルス信号に変換する
コンパレータと該コンパレータからの信号をその
周波数に比例した直流電圧に変換するＦ／Ｖコン
バータとを具備する第１信号処理回路と、前記信
号変換回路からの信号を増幅する第２増幅回路と
該第２増幅回路からの信号を検波する検波回路と
該検波回路からの信号のリツプル分を除去する整
流回路とを具備する第２信号処理回路と、該第２
信号処理回路からの信号を前記第１信号処理回路
からの信号で割算する割算回路と、前記第１増幅
器からの信号が前記コンパレータの設定トリガレ
ベルまで達しなくなつた場合に、前記割算回路の
出力を０とするゲート回路と、前記第１信号処理
回路と前記割算回路との間あるいは前記第２信号
処理回路と前記割算回路との間のいずれか一方に
設けられ前記圧電素子の圧電定数の温度特性と前
記受力体及び前記管路の温度膨張と前記凹部によ
つて形成される前記受力体の外筒部分と前記応力
検出部及び前記絶縁体及び前記固定体とで構成さ
れる内筒部分との曲げこわさの温度変化とに基づ
く温度誤差を補償する補償回路とを具備し、前記
整流回路の時定数と前記Ｆ／Ｖコンバータの整流
回路の時定数とをほぼ同じにし、かつ前記渦信号
のビート周波数より大なるようにしてなる質量流
量計を構成したので、圧電素子の圧電定数、受力
体及び管路の温度膨張、外筒部分と内筒部分との
曲げこわさの温度変化等に基づく温度誤差を補償
することができる。

したがつて、本発明によれば、応力検出センサ
近くに測温抵抗体を設置し、この出力により圧電
素子の圧電定数等の温度特性を補償することによ
り、温度特性の良好な質量流量計を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成説明図で、Ａ
は正面図、Ｂは側面図、第２図は第１図の検出器
部を断面で示す構成説明図、第３図は第２図の動
作説明図、第４図は第２図の要部説明図、第５図
は第１図の電気回路図、第６図、第７図、第８図
は第２図の動作説明図、第９図は本発明の他の実
施例の要部構成説明図、第１０図は第９図の要部
構成説明図、第１１図は管路に渦発生体が配置さ
れた場合の揚力等の説明図、第１２図は抗力係数
の説明図、第１３図は従来より一般に使用されて
いる従来例の構成説明図、第１４図は第１３図の
部品説明図。 １０…渦流量検出器、１１…管路、１２…ノズ
ル、１３…渦発生体、１３１…上端、１３２…下
端、１３３…接流体部分、１３４…凹部、１３５
…外筒部、１４…センサ部、１４０…圧電素子、
１４１…第２の応力検出センサ、１４２…第１の
応力検出センサ、１４３…下敷、１４４…第１の
スペーサ、１４５…絶縁板、１４６…第２のスペ
ーサ、１４７…押し棒、１４７１…凹部、１４７
２…充填材、１４８…ハーメチツクシール、１４
８１，１４８２…リード線、１４９…連通孔、１
４０１，１４０２，１４０３，１４０４…電極、
１５…ラビリエンス流路、１５１…フイン、１５
２…拡大室、２０…渦流量計変換器、３０…電気
回路、３０１…第１信号処理回路、３０２…第２
信号処理回路、３１，３２…チヤージコンバー
タ、３３…加減算回路、３４…第２増幅回路、３
５…検波回路、３６…整流回路、３７…フイルタ
回路、３８…第１増幅回路、３９…シユミツトト
リガ回路、４１…Ｆ／Ｖコンバータ、４２…割算
回路、４３…ゲート回路、５１，６１…温度補償
回路、５１１…測温抵抗体、５１２，６１２…増
幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交番力として作用するカルマン渦信号を利用
   して測定流体の質量流量を測定する質量流量計に
   おいて、測定流体の管路に直角に挿入された柱状
   の受力体と、該受力体の軸方向に設けられた凹部
   と、該凹部の前記交番力による応力がほぼ零とな
   る位置に配置された圧電素子を有する第１応力検
   出センサと、該第１応力検出センサ配置位置以外
   の前記凹部に配置された第２応力検出センサと、
   前記凹部に側面が接触しない隙間を保つて挿入さ
   れ一端が前記応力検出センサを該凹部に押圧固定
   し他端が前記凹部の開口部において固定された柱
   状の押し棒と、前記応力検出センサを絶縁する絶
   縁体と、前記応力検出センサからの渦信号を信号
   変換する信号変換回路と、該信号変換回路からの
   信号の高周波及び低周波ノイズを低減させるフイ
   ルタ回路と該フイルタ回路からの信号を増幅する
   第１増幅回路と該第１増幅回路からの信号をパル
   ス信号に変換するコンパレータと該コンパレータ
   からの信号をその周波数に比例した直流電圧に変
   換するＦ／Ｖコンバータとを具備する第１信号処
   理回路と、前記信号変換回路からの信号を増幅す
   る第２増幅回路と該第２増幅回路からの信号を検
   波する検波回路と該検波回路からの信号のリツプ
   ル分を除去する整流回路とを具備する第２信号処
   理回路と、該第２信号処理回路からの信号を前記
   第１信号処理回路からの信号で割算する割算回路
   と、前記第１増幅器からの信号が前記コンパレー
   タの設定トリガレベルまで達しなくなつた場合
   に、前記割算回路の出力を０とするゲート回路
   と、前記第１信号処理回路と前記割算回路との間
   あるいは前記第２信号処理回路と前記割算回路と
   の間のいずれか一方に設けられ前記圧電素子の圧
   電定数の温度特性と前記受力体及び前記管路の温
   度膨張と前記凹部によつて形成される前記受力体
   の外筒部分と前記応力検出部及び前記絶縁体及び
   前記固定体とで構成される内筒部分との曲げこわ
   さの温度変化とに基づく温度誤差を補償する補償
   回路とを具備し、前記整流回路の時定数と前記
   Ｆ／Ｖコンバータの整流回路の時定数とをほぼ同
   じにし、かつ前記渦信号のビート周波数より大な
   るようにしてなる質量流量計。