JPH068497Y2 - 渦流量計 - Google Patents
渦流量計Info
- Publication number
- JPH068497Y2 JPH068497Y2 JP12542787U JP12542787U JPH068497Y2 JP H068497 Y2 JPH068497 Y2 JP H068497Y2 JP 12542787 U JP12542787 U JP 12542787U JP 12542787 U JP12542787 U JP 12542787U JP H068497 Y2 JPH068497 Y2 JP H068497Y2
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- Japan
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- vortex
- piezoelectric element
- generated
- piezoelectric elements
- electrode
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Description
【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、流体の流れに対応したカルマン渦により渦発
生体に生ずる交番力を検出して、渦流量信号として取り
出す渦流量計に係り、特に安定に渦を検出するように渦
検出部を改良した渦流量計に関する。
生体に生ずる交番力を検出して、渦流量信号として取り
出す渦流量計に係り、特に安定に渦を検出するように渦
検出部を改良した渦流量計に関する。
〈従来技術〉 第３図は従来の渦流量計の検出部の断面を示す断面図で
ある。
ある。
１０は流体が流れる管路、１１は管路１０に直角に設け
られた円筒状のノズルである。１２はノズル１１とは間
隔を持って管路１０に直角に挿入された台形断面を持つ
柱状の渦発生体であり、その一端はネジ１３により管路
１０に支持され、他端はフランジ部１４でノズル１１に
ネジ或いは溶接により固定されている。１５は渦発生体
１２のフランジ部１４側に設けられた凹部である。この
凹部１５の中にはその底部から順に金属製の台座１６、
圧電素子１７、電極板１８、絶縁板１９、電極板２０、
圧電素子２１がサンドイッチ状に配列され金属製の押圧
棒２２でこれ等は押圧固定されている。さらに、電極板
１８からはリード線２３、電極板２０からはリード線２
４がそれぞれ端子Ａ，Ｂに引き出されている。
られた円筒状のノズルである。１２はノズル１１とは間
隔を持って管路１０に直角に挿入された台形断面を持つ
柱状の渦発生体であり、その一端はネジ１３により管路
１０に支持され、他端はフランジ部１４でノズル１１に
ネジ或いは溶接により固定されている。１５は渦発生体
１２のフランジ部１４側に設けられた凹部である。この
凹部１５の中にはその底部から順に金属製の台座１６、
圧電素子１７、電極板１８、絶縁板１９、電極板２０、
圧電素子２１がサンドイッチ状に配列され金属製の押圧
棒２２でこれ等は押圧固定されている。さらに、電極板
１８からはリード線２３、電極板２０からはリード線２
４がそれぞれ端子Ａ，Ｂに引き出されている。
圧電素子１７，２１は各圧電素子１７，２１の紙面に向
かって左側と右側とがそれぞれ逆方向に分極されており
同じ方向の応力に対して互いに上下の電極に逆極性の電
荷を発生する。
かって左側と右側とがそれぞれ逆方向に分極されており
同じ方向の応力に対して互いに上下の電極に逆極性の電
荷を発生する。
圧電素子１７に発生した電荷は電極板１８と接続された
端子Ａと台座１６を介して接続された管路１０との間に
得られ、圧電素子２１に発生した電荷は電極板２０と接
続された端子Ｂと押圧棒２０と接続された管路１０との
間に得られる。
端子Ａと台座１６を介して接続された管路１０との間に
得られ、圧電素子２１に発生した電荷は電極板２０と接
続された端子Ｂと押圧棒２０と接続された管路１０との
間に得られる。
この２個の電極板１８，２０に発生した電荷は第４図に
示すように電荷増幅器２５，２６に入力される。電荷増
幅器２５の出力と電荷増幅器２６の出力をボリウム２７
を介した出力とを加算器２８で加算して流量信号を得
る。この流量信号は例えば電流出力に変換されて２線を
介して負荷に伝送される（図示せず）。
示すように電荷増幅器２５，２６に入力される。電荷増
幅器２５の出力と電荷増幅器２６の出力をボリウム２７
を介した出力とを加算器２８で加算して流量信号を得
る。この流量信号は例えば電流出力に変換されて２線を
介して負荷に伝送される（図示せず）。
次に、以上のように構成された渦流量計の動作について
第５図と第６図を用いて説明する。
第５図と第６図を用いて説明する。
流体が管路１０の中に流れると渦発生体１２に矢印Ｆで
示した方向にカルマン渦による振動が発生する。この振
動により渦発生体１２には第５図（ａ）に示すような応
力分布とこの逆の応力分布の繰返しが生じ、各圧電素子
１７，２１には第５図（ａ）に示す渦周波数を持つ信号
応力に対応した電荷＋Ｑ、−Ｑの繰返しが生じる。な
お、第５図においては説明の便宜のため電極板１８或い
は２１を紙面に対して左右に２つに分割し、かつ上下の
一方の電極は台座１６あるいは押圧棒２２に相当するも
のとしてある。
示した方向にカルマン渦による振動が発生する。この振
動により渦発生体１２には第５図（ａ）に示すような応
力分布とこの逆の応力分布の繰返しが生じ、各圧電素子
１７，２１には第５図（ａ）に示す渦周波数を持つ信号
応力に対応した電荷＋Ｑ、−Ｑの繰返しが生じる。な
お、第５図においては説明の便宜のため電極板１８或い
は２１を紙面に対して左右に２つに分割し、かつ上下の
一方の電極は台座１６あるいは押圧棒２２に相当するも
のとしてある。
一方、管路１０にはノイズとなる管路振動も生じる。こ
の管路振動は流体の流れと同じ方向の抗力方向、流
体の流れとは直角方向の揚力方向、渦発生体の長手方
向の３方向成分に分けられる。このうち、抗力方向の振
動に対する応力分布は第５図（ｂ）に示すようになり１
個の電極内で正負の電荷は打ち消されてノイズ電荷は発
生しない。また、長手方向の振動に対しては第５図
（ｃ）に示すように電極内で打ち消されて抗力方向と同
様にノイズ電荷は発生しない。
の管路振動は流体の流れと同じ方向の抗力方向、流
体の流れとは直角方向の揚力方向、渦発生体の長手方
向の３方向成分に分けられる。このうち、抗力方向の振
動に対する応力分布は第５図（ｂ）に示すようになり１
個の電極内で正負の電荷は打ち消されてノイズ電荷は発
生しない。また、長手方向の振動に対しては第５図
（ｃ）に示すように電極内で打ち消されて抗力方向と同
様にノイズ電荷は発生しない。
しかし、揚力方向の振動は信号応力と同一の応力分布と
なりノイズ電荷が生じる。そこで、このノイズ電荷を消
去するために以下の演算を実行する。圧電素子１７，２
１の各電荷をＱ１，Ｑ２、信号成分をＳ１，Ｓ２、揚力
方向のノイズ成分をＮ１，Ｎ２とし、圧電素子１７，２
１で分極を逆とするとＱ１，Ｑ２は次式で示される。
なりノイズ電荷が生じる。そこで、このノイズ電荷を消
去するために以下の演算を実行する。圧電素子１７，２
１の各電荷をＱ１，Ｑ２、信号成分をＳ１，Ｓ２、揚力
方向のノイズ成分をＮ１，Ｎ２とし、圧電素子１７，２
１で分極を逆とするとＱ１，Ｑ２は次式で示される。
Ｑ１＝Ｓ１＋Ｎ１ −Ｑ２＝−Ｓ２−Ｎ２ ただし、Ｓ１とＳ２、Ｎ１とＮ２のベクトル方向は同じ
である。ここで、圧電素子１７，２１の信号成分とノイ
ズ成分の関係は第６図（この図は揚力方向のノイズと信
号に対する渦発生体の曲げモーメントの関係を示す）に
示すようになっているので、第４図に示すように圧電素
子１７側の電荷増幅器２５の出力を加算器２８で加算す
る際にボリウム２７と共にＮ１／Ｎ２倍して圧電素子２
１側の電荷増幅器２６の出力と加算すると、 Ｑ１−Ｑ２（Ｎ１／Ｎ２） ＝Ｓ１−Ｓ２（Ｎ１／Ｎ２）と なり管路ノイズは除去される。
である。ここで、圧電素子１７，２１の信号成分とノイ
ズ成分の関係は第６図（この図は揚力方向のノイズと信
号に対する渦発生体の曲げモーメントの関係を示す）に
示すようになっているので、第４図に示すように圧電素
子１７側の電荷増幅器２５の出力を加算器２８で加算す
る際にボリウム２７と共にＮ１／Ｎ２倍して圧電素子２
１側の電荷増幅器２６の出力と加算すると、 Ｑ１−Ｑ２（Ｎ１／Ｎ２） ＝Ｓ１−Ｓ２（Ｎ１／Ｎ２）と なり管路ノイズは除去される。
〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の渦流量計は管路ノイズに
対して強く良好な渦信号がえられるが、圧電素子が金属
からなる電極板で押圧した状態で配置されているので、
高温での使用状態では電極板と同じ量だけ圧電素子が伸
びるため圧電素子の伸びをε、ヤング率をＥとすればσ
＝εＥの引っ張り応力が圧電素子に発生し、圧電素子が
割れるという問題があり、また電極の片側は台座および
押圧棒を介して管路に設置される構成であるので、コモ
ンモードノイズは各電荷増幅器にコモンに対して同相で
入力されこれ等が加算器で加算される結果コモンモード
ノイズに対して弱いという欠点がある。
対して強く良好な渦信号がえられるが、圧電素子が金属
からなる電極板で押圧した状態で配置されているので、
高温での使用状態では電極板と同じ量だけ圧電素子が伸
びるため圧電素子の伸びをε、ヤング率をＥとすればσ
＝εＥの引っ張り応力が圧電素子に発生し、圧電素子が
割れるという問題があり、また電極の片側は台座および
押圧棒を介して管路に設置される構成であるので、コモ
ンモードノイズは各電荷増幅器にコモンに対して同相で
入力されこれ等が加算器で加算される結果コモンモード
ノイズに対して弱いという欠点がある。
〈問題点を解決するための手段〉 この考案は、以上の問題点を解決するために、流量に対
応して発生する渦に起因して棒状の渦発生体に生じる応
力の変化から前記流量を測定する渦流量計において、前
記渦発生体の軸方向に離間して配置された一対の圧電素
子と、各圧電素子の両面に配置されこれらの圧電素子と
接する表面にメタライズ電極が形成されたセラミックス
の各１対の絶縁板と、これ等の圧電素子と絶縁板を軸方
向に押圧する押圧手段と、前記各１対のメタライズ電極
に発生した電荷を差動で検出して電圧に変換する電荷増
幅器とを具備するようにしたものである。
応して発生する渦に起因して棒状の渦発生体に生じる応
力の変化から前記流量を測定する渦流量計において、前
記渦発生体の軸方向に離間して配置された一対の圧電素
子と、各圧電素子の両面に配置されこれらの圧電素子と
接する表面にメタライズ電極が形成されたセラミックス
の各１対の絶縁板と、これ等の圧電素子と絶縁板を軸方
向に押圧する押圧手段と、前記各１対のメタライズ電極
に発生した電荷を差動で検出して電圧に変換する電荷増
幅器とを具備するようにしたものである。
〈作用〉 電極がメタライズされたセラミックス製の絶縁板で圧電
素子をサンドイッチ状に挾んで固定して、熱膨張による
応力を緩和して圧電素子の割れを防止すると共にメタラ
イズ電極からの１対の電荷を差動形の電荷増幅器で検出
してコモンモードノイズを除去する。
素子をサンドイッチ状に挾んで固定して、熱膨張による
応力を緩和して圧電素子の割れを防止すると共にメタラ
イズ電極からの１対の電荷を差動形の電荷増幅器で検出
してコモンモードノイズを除去する。
〈実施例〉 以下、本考案の実施例について図面に基づき説明する。
第１図は本考案の１実施例を示す要部断面図である。
第１図は本考案の１実施例を示す要部断面図である。
１４は第３図に示すフランジ部であり、この中の凹部１
５の中に台座１６、片面にメタライズされた電極２９を
持つ絶縁板３０、圧電素子１７、片面にメタライズされ
た電極３１を持つ絶縁板３２、絶縁板３３、片面にメタ
ライズされた電極３４を持つ絶縁板３５、圧電素子２
１、片面にメタライズされた電極３６を持つ絶縁板３７
がこの順序で押圧棒３８でサンドイッチ状に押圧固定さ
れている。
５の中に台座１６、片面にメタライズされた電極２９を
持つ絶縁板３０、圧電素子１７、片面にメタライズされ
た電極３１を持つ絶縁板３２、絶縁板３３、片面にメタ
ライズされた電極３４を持つ絶縁板３５、圧電素子２
１、片面にメタライズされた電極３６を持つ絶縁板３７
がこの順序で押圧棒３８でサンドイッチ状に押圧固定さ
れている。
電極２９からはリード線３９、電極３１からはリード線
４０、電極３４からはリード線４１、電極３６からはリ
ード線４２が引き出されそれぞれ端子ａ，ｂ，ｃ，ｄに
接続されている。
４０、電極３４からはリード線４１、電極３６からはリ
ード線４２が引き出されそれぞれ端子ａ，ｂ，ｃ，ｄに
接続されている。
この端子ａ，ｂ，ｃ，ｄに発生した電荷は第２図に示す
ように電荷増幅器４３，４４に入力される。電荷増幅器
４３の出力と電荷増幅器４４の出力をそれぞれ抵抗Ｒ１
とＲ２を介して得た出力を加算器４５で加算して流量信
号を得る。この流量信号は例えば電流出力に変換されて
２線を介して負荷に伝送される（図示せず）。
ように電荷増幅器４３，４４に入力される。電荷増幅器
４３の出力と電荷増幅器４４の出力をそれぞれ抵抗Ｒ１
とＲ２を介して得た出力を加算器４５で加算して流量信
号を得る。この流量信号は例えば電流出力に変換されて
２線を介して負荷に伝送される（図示せず）。
次に、以上のように構成された渦流量計の動作について
説明する。
説明する。
圧電素子１７，２１としてはセラミックス系のものを使
用するとその熱膨脹係数はα１＝（−１０〜＋２０）×
１０−７／℃であり、一方絶縁板３０，３２，３３，３
５，３７を構成するセラミックスは一般にα２＝（２０
〜６０）×１０−７／℃で、第３図における電極板１
８，２０などを構成するステンレス鋼はα３＝１７０×
１０−７／℃前後である。
用するとその熱膨脹係数はα１＝（−１０〜＋２０）×
１０−７／℃であり、一方絶縁板３０，３２，３３，３
５，３７を構成するセラミックスは一般にα２＝（２０
〜６０）×１０−７／℃で、第３図における電極板１
８，２０などを構成するステンレス鋼はα３＝１７０×
１０−７／℃前後である。
従って、第１図に示す構成では高温のときの圧電素子へ
の引っ張り応力は第３図に示す場合に比べて（α３−α
１）／（α２−α１）に改善され大幅に減少する。
の引っ張り応力は第３図に示す場合に比べて（α３−α
１）／（α２−α１）に改善され大幅に減少する。
また、リード線はメタライズされた電極２９，３１，３
４，３６からそれぞれ差動で取り出されるので信号成分
は２倍の大きさとなり、さらに、このようにして取り出
された電荷は差動入力とされた電荷増幅器４３，４４で
検出されて電圧に変換されるので、各端子ａ，ｂ，ｃ，
ｄに同相で入力されるコモンモードノイズは電荷増幅器
４３，４４で除去される。この結果、コモンモードノイ
ズは大幅に改善される。これは変換部と検出部が分離し
たリモートタイプでは特に効果がある。
４，３６からそれぞれ差動で取り出されるので信号成分
は２倍の大きさとなり、さらに、このようにして取り出
された電荷は差動入力とされた電荷増幅器４３，４４で
検出されて電圧に変換されるので、各端子ａ，ｂ，ｃ，
ｄに同相で入力されるコモンモードノイズは電荷増幅器
４３，４４で除去される。この結果、コモンモードノイ
ズは大幅に改善される。これは変換部と検出部が分離し
たリモートタイプでは特に効果がある。
なお、以上の説明では圧電素子としてセラミックス系の
ものを使用するものとして説明したが、これに限ること
はなく例えばＬｉＮｂＯ３或いは水晶の場合でも適用で
きる。ＬｉＮｂＯ３或いは水晶の熱膨張係数は（１００
〜１５０）×１０−７／℃であるので、圧電素子には圧
縮応力が加わるが、一般に圧電素子は圧縮応力に対して
は強いので従来のステンレス鋼に比べて良い結果をもた
らす。
ものを使用するものとして説明したが、これに限ること
はなく例えばＬｉＮｂＯ３或いは水晶の場合でも適用で
きる。ＬｉＮｂＯ３或いは水晶の熱膨張係数は（１００
〜１５０）×１０−７／℃であるので、圧電素子には圧
縮応力が加わるが、一般に圧電素子は圧縮応力に対して
は強いので従来のステンレス鋼に比べて良い結果をもた
らす。
〈考案の効果〉 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、圧電素子をセラミックスの絶縁板でサンドイッチ
状に押圧する構成であるので、高温時に圧電素子に加わ
る引っ張り応力を緩和することができ、応力検出部の高
温時の安定性が向上すると共に圧電素子からの電荷を差
動で検出して電圧に変換するようにしたので信号の増大
とコモンモードノイズの低減に寄与する効果がある。
れば、圧電素子をセラミックスの絶縁板でサンドイッチ
状に押圧する構成であるので、高温時に圧電素子に加わ
る引っ張り応力を緩和することができ、応力検出部の高
温時の安定性が向上すると共に圧電素子からの電荷を差
動で検出して電圧に変換するようにしたので信号の増大
とコモンモードノイズの低減に寄与する効果がある。
第１図は本考案の要部を示す縦断面図、第２図は第１図
で検出した電荷を電圧に変換する変換部の構成を示すブ
ロック図、第３図は従来の渦流量計の検出部の構成を示
す縦断面図、第４図は第３図に示す検出部で検出した電
荷を電圧に変換する変換部の構成を示すブロック図、第
５図、第６図は第３図に示す検出部の動作を説明する説
明図である。 １０……管路、１２……渦発生体、１４……フランジ
部、１５……凹部、１７，２１……圧電素子、２２……
押圧棒、２５，２６……電荷増幅器、２８……加算器、
３０，３２，３３，３５，３７……絶縁板、２９，３
１，３４，３６……電極、３８……押圧棒、４３，４４
……電荷増幅器、４５……加算器。
で検出した電荷を電圧に変換する変換部の構成を示すブ
ロック図、第３図は従来の渦流量計の検出部の構成を示
す縦断面図、第４図は第３図に示す検出部で検出した電
荷を電圧に変換する変換部の構成を示すブロック図、第
５図、第６図は第３図に示す検出部の動作を説明する説
明図である。 １０……管路、１２……渦発生体、１４……フランジ
部、１５……凹部、１７，２１……圧電素子、２２……
押圧棒、２５，２６……電荷増幅器、２８……加算器、
３０，３２，３３，３５，３７……絶縁板、２９，３
１，３４，３６……電極、３８……押圧棒、４３，４４
……電荷増幅器、４５……加算器。
Claims (1)
- 【請求項１】流量に対応して発生する渦に起因して棒状
の渦発生体に生じる応力の変化から前記流量を測定する
渦流量計において、前記渦発生体の軸方向に離間して配
置された一対の圧電素子と、各圧電素子の両面に配置さ
れこれらの圧電素子と接する表面にメタライズ電極が形
成されたセラミックスの各１対の絶縁板と、これ等の圧
電素子と絶縁板を軸方向に押圧する押圧手段と、前記各
１対のメタライズ電極に発生した電荷を差動で検出して
電圧に変換する電荷増幅器とを具備することを特徴とす
る渦流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12542787U JPH068497Y2 (ja) | 1987-08-18 | 1987-08-18 | 渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12542787U JPH068497Y2 (ja) | 1987-08-18 | 1987-08-18 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6433614U JPS6433614U (ja) | 1989-03-02 |
| JPH068497Y2 true JPH068497Y2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=31376024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12542787U Expired - Lifetime JPH068497Y2 (ja) | 1987-08-18 | 1987-08-18 | 渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068497Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5564709B2 (ja) * | 2011-05-24 | 2014-08-06 | 株式会社豊島製作所 | 圧電定数測定方法及び圧電定数測定装置 |
-
1987
- 1987-08-18 JP JP12542787U patent/JPH068497Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6433614U (ja) | 1989-03-02 |
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