JPH0646324U - Mass flow meter - Google Patents

Mass flow meter

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JPH0646324U
JPH0646324U JP8235992U JP8235992U JPH0646324U JP H0646324 U JPH0646324 U JP H0646324U JP 8235992 U JP8235992 U JP 8235992U JP 8235992 U JP8235992 U JP 8235992U JP H0646324 U JPH0646324 U JP H0646324U
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JP
Japan
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pressure
vortex generator
sensor
flow rate
temperature
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Application number
JP8235992U
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Japanese (ja)
Inventor
彰夫 安松
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単になるように改良した質量流量計
を提供するにある。 【構成】 圧力検出素子と温度検出素子とが一体として
搭載されたセンサと、このセンサが内蔵され先の測定流
体の流量に対応して渦を発生させる渦発生体と、この渦
発生体に設けられ先の渦発生体の近傍の流体圧力を先の
センサに導入する圧力導入孔と、先の圧力検出素子で検
出された検出信号を低域濾波器を介して得た圧力信号と
先の検出信号を高域濾波器を介して得た流速信号と先の
温度検出素子で検出された温度信号とを用いて所定の演
算を実行して質量流量を得るマイクロプロセッサ手段と
を具備するようにしたものである。
(57) [Summary] [Purpose] An object is to provide an improved mass flowmeter having a simple structure. [Structure] A sensor in which a pressure detecting element and a temperature detecting element are integrally mounted, a vortex generator that incorporates the sensor and generates a vortex corresponding to the flow rate of the measured fluid, and a vortex generator provided in the vortex generator. Pressure detection hole that introduces the fluid pressure in the vicinity of the vortex generator to the previous sensor and the detection signal detected by the previous pressure detection element through the low-pass filter and the previous detection Microprocessor means for obtaining a mass flow rate by executing a predetermined calculation using the flow velocity signal obtained through the high-pass filter and the temperature signal detected by the temperature detecting element It is a thing.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、測定流体の中に置かれた渦発生体によって生じるカルマン渦により 体積流量を測定する渦流量計を用いて質量流量を演算する質量流量計に係り、特 に、構成が簡単になるように改良した質量流量計に関する。 The present invention relates to a mass flow meter that calculates a mass flow rate by using a vortex flow meter that measures a volume flow rate by a Karman vortex generated by a vortex generator placed in a measurement fluid, and particularly has a simple configuration. The present invention relates to a mass flowmeter improved as described above.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

図4は従来の質量流量計の構成を示す構成図である。測定流体が流れる配管1 0には体積流量を測定する流量計11が取り付けられており、ここで流量が検出 されて流量信号Q1としてマスフローメータ12に出力される。FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional mass flow meter. A flow meter 11 for measuring a volumetric flow rate is attached to the pipe 10 through which the measurement fluid flows, and the flow rate is detected here and is output to the mass flow meter 12 as a flow rate signal Q 1 .

【0003】 さらに、この配管10には管内の測定流体の圧力を測定する圧力計13が取り 付けられ、ここで圧力が検出されて圧力信号P1としてマスフローメータ12に 出力される。Further, a pressure gauge 13 for measuring the pressure of the measurement fluid in the pipe is attached to the pipe 10, and the pressure is detected here and is output to the mass flow meter 12 as a pressure signal P 1 .

【0004】 また、この配管10には管内の測定流体の温度を測定する測温抵抗体14が取 り付けられ、ここで温度が検出されて温度信号T1としてマスフローメータ12 に出力される。A temperature measuring resistor 14 for measuring the temperature of the fluid to be measured in the pipe is attached to the pipe 10, and the temperature is detected here and output to the mass flow meter 12 as a temperature signal T 1 .

【0005】 マスフローメータ12は、マイクロプロセッサが内蔵されており、流量計11 からの流量信号Q1と、圧力計13からの圧力信号P1と、測温抵抗体14からの 温度信号T1とがそれぞれ入力され、次の(1)、(2)式による演算を実行し て質量流量M1として、例えば4〜20mAなどの統一電流として、或いは、パ ルス信号として負荷(図示せず)に2本の伝送線で伝送する。The mass flow meter 12 has a microprocessor incorporated therein, and has a flow rate signal Q 1 from the flow meter 11, a pressure signal P 1 from the pressure gauge 13, and a temperature signal T 1 from the resistance temperature detector 14. Are input respectively, and the calculation according to the following equations (1) and (2) is executed to obtain a mass flow rate M 1 , for example, as a unified current of 4 to 20 mA, or as a pulse signal to a load (not shown). It is transmitted by two transmission lines.

【0006】 ガスの場合を例にとると、比重量γは、Pf、Tfを使用状態での圧力、温度、 PN、TNを標準状態での圧力、温度、Kをガスの種類による係数とすれば、 γ=(Pf・TN)/(PN・Tf・K) (1) で算出される。Taking the case of gas as an example, the specific weight γ is P f , T f is the pressure and temperature in the operating state, P N and T N are the pressure in the standard state, temperature, and K is the type of gas. The coefficient is calculated as follows: γ = (P f · T N ) / (P N · T f · K) (1)

【0007】 したがって、体積流量としての流量信号Q1を用いて M1=Q1・γ (2) として質量流量M1が算出される。Therefore, the mass flow rate M 1 is calculated as M 1 = Q 1 · γ (2) using the flow rate signal Q 1 as the volume flow rate.

【0008】[0008]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

しかしながら、以上のようなシステムで質量流量を測定するには、流量計本体 のほかに圧力計13、測温抵抗体14などが必要になり、装置が大掛りになり、 コストも高くなるという問題がある。 However, in order to measure the mass flow rate with the above system, in addition to the flowmeter main body, the pressure gauge 13, the resistance temperature detector 14, etc. are required, which makes the device large and the cost also high. There is.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案は、以上の課題を解決するための構成として、圧力検出素子と温度検出 素子とが一体として搭載されたセンサと、このセンサが内蔵され先の測定流体の 流量に対応して渦を発生させる渦発生体と、この渦発生体に設けられ先の渦発生 体の近傍の流体圧力を先のセンサに導入する圧力導入孔と、先の圧力検出素子で 検出された検出信号を低域濾波器を介して得た圧力信号と先の検出信号を高域濾 波器を介して得た流速信号と先の温度検出素子で検出された温度信号とを用いて 所定の演算を実行して質量流量を得るマイクロプロセッサ手段とを具備するよう にしたものである。 The present invention has, as a configuration for solving the above problems, a sensor in which a pressure detection element and a temperature detection element are integrally mounted, and a vortex is generated in accordance with the flow rate of the measured fluid in which the sensor is built. The vortex generator to be generated, a pressure introduction hole provided in the vortex generator for introducing the fluid pressure in the vicinity of the previous vortex generator to the previous sensor, and the detection signal detected by the previous pressure detection element is low-pass filtered. The pressure signal obtained through the temperature detector and the previous detection signal are used as the flow velocity signal obtained through the high-pass filter and the temperature signal detected by the previous temperature detection element to execute a predetermined calculation to determine the mass. And a microprocessor means for obtaining a flow rate.

【0010】[0010]

【作 用】[Work]

センサは圧力検出素子と温度検出素子とが一体として搭載され、渦発生体はこ のセンサが内蔵され先の測定流体の流量に対応して渦を発生させる。圧力導入孔 はこの渦発生体に設けられ先の渦発生体の近傍の流体圧力を先のセンサに導入す る。 The sensor has a pressure detection element and a temperature detection element integrally mounted, and the vortex generator has this sensor built-in and generates a vortex corresponding to the flow rate of the measured fluid. The pressure introducing hole is provided in this vortex generator to introduce the fluid pressure near the former vortex generator to the previous sensor.

【0011】 マイクロプロセッサ手段は先の圧力検出素子で検出された検出信号を低域濾波 器を介して得た圧力信号と先の検出信号を高域濾波器を介して得た流速信号と先 の温度検出素子で検出された温度信号とを用いて所定の演算を実行して質量流量 を得る。The microprocessor means includes the pressure signal obtained by the low-pass filter of the detection signal detected by the pressure detection element, and the flow velocity signal obtained by the high-pass filter of the previous detection signal, and the pressure signal obtained by the high-pass filter. A predetermined calculation is executed using the temperature signal detected by the temperature detecting element to obtain the mass flow rate.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

以下、本考案の実施例について図を用いて説明する。図1は本考案の実施例の 要部構成を示す構成図である。図1(A)は縦断面図、図1(B)は横断面図で ある。20は測定流体を流す導管であり、この中に四角錐状の渦発生体21が導 管20を貫通して固定されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a main configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a vertical sectional view, and FIG. 1B is a horizontal sectional view. Reference numeral 20 denotes a conduit through which a measurement fluid flows, and a quadrangular pyramid-shaped vortex generator 21 penetrates through the guide tube 20 and is fixed therein.

【0013】 この渦発生体21の中にはセンサ22が固定されている。このセンサ22から は信号などを導出するリード線23が導管20の外周面に固定されたマイクロプ ロセッサなどを内蔵する信号処理部24に引き出されている。A sensor 22 is fixed in the vortex generator 21. A lead wire 23 for leading out a signal or the like from the sensor 22 is drawn out to a signal processing unit 24 having a built-in microprocessor or the like fixed to the outer peripheral surface of the conduit 20.

【0014】 図2は図1に示す渦発生体21の詳細を示すA−A´断面である。渦発生体2 1の内部には内部室25が形成されており、この中にセンサ22が格納されてい る。内部室25には渦発生体21の周囲の流体圧力、或いは流体温度を検出する ための導圧孔26が導管20の内部に貫通して形成されている。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA ′ showing the details of the vortex generator 21 shown in FIG. An internal chamber 25 is formed inside the vortex generator 21, and a sensor 22 is stored in the internal chamber 25. A pressure guiding hole 26 for detecting a fluid pressure or a fluid temperature around the vortex generator 21 is formed in the inner chamber 25 so as to penetrate into the conduit 20.

【0015】 このセンサ22は、例えばシリコン単結晶で作られた外形が矩形状のダイヤフ ラム27と、このダイヤフラム27を固定するパイレックスガラスなどで作られ た支持部28などから構成されている。このダイヤフラム27と支持部28との 間は例えば陽極接合などにより接合されている。The sensor 22 is composed of, for example, a diaphragm 27 made of silicon single crystal and having a rectangular outer shape, and a support portion 28 made of Pyrex glass or the like for fixing the diaphragm 27. The diaphragm 27 and the support portion 28 are joined by, for example, anodic joining.

【0016】 ダイヤフラム27はその中央部に円形の凹部29を有している。この凹部29 の形成により単結晶の厚さの薄くなった円形の起歪部30とその周辺の固定部3 1とが形成されている。The diaphragm 27 has a circular recess 29 in the center thereof. By forming the concave portion 29, a circular strain generating portion 30 in which the thickness of the single crystal is thin and a fixing portion 31 around the strain generating portion 30 are formed.

【0017】 そして、起歪部30と固定部31との境界付近には流体圧力を検出する歪ゲー ジ32が、固定部31には流体温度を検出する温度ゲージ33がそれぞれ形成さ れている。なお、ダイヤフラム27には歪ゲージ32、温度ゲージ33の出力を 電気信号に変換する回路が搭載されているが省略してある。A strain gauge 32 for detecting the fluid pressure is formed near the boundary between the strain-flexing portion 30 and the fixed portion 31, and a temperature gauge 33 for detecting the fluid temperature is formed on the fixed portion 31. . A circuit for converting the outputs of the strain gauge 32 and the temperature gauge 33 into an electric signal is mounted on the diaphragm 27, but it is omitted.

【0018】 さらに、支持部28の中央部には凹部29と内部室25とを連通する貫通孔3 4が形成されている。そして、これ等の凹部29と内部室25との間は真空に保 持されている。Further, a through hole 34 that connects the recess 29 and the internal chamber 25 is formed in the center of the support portion 28. A vacuum is maintained between the recess 29 and the internal chamber 25.

【0019】 図3はセンサ22で検出した信号を処理する信号処理部の構成を示す構成図で ある。 温度ゲージ33からは温度信号T2が導出されてマイクロプロセッサ35に出 力され、歪ゲージ32からは圧力信号P2が導出されて低域濾波器36に出力さ れている。FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of a signal processing unit that processes a signal detected by the sensor 22. The temperature signal T 2 is derived from the temperature gauge 33 and output to the microprocessor 35, and the pressure signal P 2 is derived from the strain gauge 32 and output to the low pass filter 36.

【0020】 この低域濾波器36は圧力信号P2の変動分を除去して圧力信号P3としてマイ クロプロセッサ35に出力する。さらに、圧力信号P2は高域濾波器37にも出 力され、ここで圧力信号P2の変動分が検出される。The low-pass filter 36 removes the fluctuation component of the pressure signal P 2 and outputs the pressure signal P 3 to the micro processor 35. Further, the pressure signal P 2 is also output to the high-pass filter 37, where the fluctuation of the pressure signal P 2 is detected.

【0021】 この変動分は、シュミット回路38に出力され、ここで所定のスレッショルド を基準として、パルス信号P4に変換されてマイクロプロセッサ35に出力され る。This variation is output to the Schmitt circuit 38, where it is converted into a pulse signal P 4 with a predetermined threshold as a reference and output to the microprocessor 35.

【0022】 マイクロプロセッサ35には、これらの温度信号T2、圧力信号P3、およびパ ルス信号P4が入力され、これらを用いて所定の演算を実行して質量流量M2を算 出して出力端39に出力する。The temperature signal T 2 , the pressure signal P 3 , and the pulse signal P 4 are input to the microprocessor 35, and a predetermined calculation is executed using these to calculate the mass flow rate M 2. Output to the output terminal 39.

【0023】 以上の構成において、測定流体Qfが導管20の左方から流入すると、この測 定流体Qfが渦発生体21にあたり、この渦発生体21の後方にカルマン渦が形 成される。この渦の形成により、渦発生体21の周囲にはこの渦の発生する数に 比例して圧力変動が生じる。[0023] In the above configuration, the measuring fluid Q f flows from the left side of the conduit 20, around this measurement fluid Q f is the vortex generator 21, Karman vortices are made form behind the vortex generator 21 . Due to the formation of this vortex, a pressure fluctuation is generated around the vortex generator 21 in proportion to the number of vortices generated.

【0024】 この圧力変動は、測定流体Qfの流速に比例して生じるので、センサ22の歪 ゲージ32にはこの圧力変動に対応した歪の変化が生じ、これが圧力信号P2と して出力される。Since this pressure fluctuation occurs in proportion to the flow velocity of the measurement fluid Q f , the strain gauge 32 of the sensor 22 changes in strain corresponding to this pressure fluctuation, which is output as the pressure signal P 2. To be done.

【0025】 圧力信号P2は、低域濾波器36を介することによりカルマン渦に基づく圧力 の変動分が除去されて測定流体の静的な圧力である圧力信号P3として出力され る。The pressure signal P 2 is output as a pressure signal P 3 which is the static pressure of the measurement fluid by removing the fluctuation of the pressure due to the Karman vortex by passing through the low pass filter 36.

【0026】 また、圧力信号P2の変動分は高域濾波器37でカルマン渦の数に対応する変 動分が検出され、シュミット回路38でパルス化される。このパルス信号P4の パルス数は測定流体の流速Vに比例している。The high-pass filter 37 detects a variation of the pressure signal P 2 corresponding to the number of Karman vortices, and the Schmitt circuit 38 makes a pulse. The number of pulses of the pulse signal P 4 is proportional to the flow velocity V of the measuring fluid.

【0027】 (1)式における使用状態での圧力Pfと温度Tfは、図3における圧力信号P 3 と温度信号T2で与えられ、標準状態での圧力PN、温度TN、ガスの種類による 係数Kなどは予めマイクロプロセッサ35内のメモリに格納されている。The pressure P in the use state in the equation (1)fAnd temperature TfIs the pressure signal P in FIG. 3 And temperature signal T2And the pressure P in the standard stateN, Temperature TNThe coefficient K depending on the type of gas is stored in advance in the memory in the microprocessor 35.

【0028】 したがって、マイクロプロセッサ35はこれらを用いて内蔵する(1)式に対 応する演算プログラムにより比重量γを演算することができる。さらに、パルス 信号P4から得られた流速Vに導管20の断面積Sを乗じる演算プログラムによ り体積流量QVが算定される。次に、(2)式によりこの体積流量QVに比重量γ を乗じて質量流量M2が算出される。Therefore, the microprocessor 35 can calculate the specific weight γ by using the arithmetic program corresponding to the formula (1) incorporated therein. Further, the volume flow rate Q V is calculated by a calculation program for multiplying the flow velocity V obtained from the pulse signal P 4 by the cross-sectional area S of the conduit 20. Next, the mass flow rate M 2 is calculated by multiplying the volume flow rate Q V by the specific weight γ according to the equation (2).

【0029】[0029]

【考案の効果】[Effect of device]

以上、実施例と共に具体的に説明したように本考案によれば、従来のように測 温抵抗体、或いは圧力変換器などの機器を用いることなく、渦流量計だけで質量 流量を測定することができるので、機器構成が簡単になり、コストの低下を実現 できるだけでなく、計装の手間を大幅に低減させ、省スペースも実現できる。 As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, the mass flow rate can be measured only by the vortex flowmeter without using a device such as a resistance temperature detector or a pressure converter as in the conventional case. As a result, not only can the equipment configuration be simplified and cost can be reduced, but also the labor of instrumentation can be greatly reduced and space can be saved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の1実施例の要部を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すセンサの詳細な構成を示す横断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the sensor shown in FIG.

【図3】図1に示すセンサの信号を処理する信号処理部
の構成を示す構成図である。
3 is a configuration diagram showing a configuration of a signal processing unit that processes a signal of the sensor shown in FIG.

【図4】従来の質量流量計の構成を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional mass flow meter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20 導管 11 流量計 12 マスフローコンピュータ 13 圧力計 14 測温抵抗体 21 渦発生体 22 センサ 24 信号処理部 25 内部室 26 導圧孔 27 ダイヤフラム 32 歪ゲージ 33 温度ゲージ 35 マイクロプロセッサ 36 低域濾波器 37 高域濾波器 10, 20 Conduit 11 Flowmeter 12 Mass flow computer 13 Pressure gauge 14 Resistance thermometer 21 Vortex generator 22 Sensor 24 Signal processing unit 25 Internal chamber 26 Pressure guide hole 27 Diaphragm 32 Strain gauge 33 Temperature gauge 35 Microprocessor 36 Low-pass filtering Vessel 37 High-pass filter

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】圧力検出素子と温度検出素子とが一体とし
て搭載されたセンサと、このセンサが内蔵され前記測定
流体の流量に対応して渦を発生させる渦発生体と、この
渦発生体に設けられ前記渦発生体の近傍の流体圧力を前
記センサに導入する圧力導入孔と、前記圧力検出素子で
検出された検出信号を低域濾波器を介して得た圧力信号
と前記検出信号を高域濾波器を介して得た流速信号と前
記温度検出素子で検出された温度信号とを用いて所定の
演算を実行して質量流量を得るマイクロプロセッサ手段
とを具備することを特徴とする質量流量計。
1. A sensor in which a pressure detection element and a temperature detection element are integrally mounted, a vortex generator which incorporates the sensor and generates a vortex corresponding to the flow rate of the fluid to be measured, and the vortex generator. A pressure introducing hole provided for introducing the fluid pressure in the vicinity of the vortex generator to the sensor, a pressure signal obtained by a low-pass filter for a detection signal detected by the pressure detection element, and a high detection signal. A mass flow rate, comprising: microprocessor means for performing a predetermined calculation by using a flow velocity signal obtained through a bandpass filter and a temperature signal detected by the temperature detection element to obtain a mass flow rate. Total.
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