JPH07128101A - カルマン渦流量計 - Google Patents

カルマン渦流量計

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JPH07128101A
JPH07128101A JP5272889A JP27288993A JPH07128101A JP H07128101 A JPH07128101 A JP H07128101A JP 5272889 A JP5272889 A JP 5272889A JP 27288993 A JP27288993 A JP 27288993A JP H07128101 A JPH07128101 A JP H07128101A
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diaphragm
piezoelectric element
karman vortex
vortex
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Masahiro Osakabe
雅浩 刑部
Seiji Suzuki
誠治 鈴木
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電素子の出力感度ひいては測定感度の維持,
向上を図る。 【構成】ダイヤフラム3aの中心部の上面で、圧電素子8
が載置されて接触する箇所に、セラミックの円板状の絶
縁材3cが、表面を露出させ半ば埋設される形で一体成形
される。しかも絶縁材3cは、ステンレス鋼からなる渦検
出体3 に射出成形によって、位置精度良くかつ確実に一
体化される。なお、圧電素子8 の上側の絶縁板7 は従来
例におけるのと同じ部材であるから、出力信号の取り出
し方は従来と同様におこなわれる。したがって、渦検出
体3 がカルマン渦に基づく力を受けて、ダイヤフム3aに
曲げ歪みが生じたとき、この曲げ歪みは、ダイヤフム3a
の表面に一体成形された絶縁材3cを介してそのまま正確
に圧電素子8 に伝わる。その結果、圧電素子8 の出力感
度、ひいては測定感度が、従来例のときに比べて維持,
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、カルマン渦に基づく
力を受ける検出棒と、歪みを生じるダイヤフラムとが一
体構成され、そのダイヤフラムの表面に歪み検出用の圧
電素子が電気的に絶縁されて固定されるカルマン渦流量
計において、とくにダイヤフム表面に一体成形された絶
縁材と別の絶縁板とによって、圧電素子を挟んで固定す
る構造にし、圧電素子の出力感度ひいては測定感度の維
持,向上を図るカルマン渦流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】従来例について図4と図5とを参照しな
がら説明する。図4は従来例の側断面図、図5は図4の
断面A-A に関する渦発生体の孔部の横断面図である。図
4において、1は測定流体の流れる管路である。2は渦
発生体で、管路1にその直径に沿って貫通する形で挿設
され、この貫通部分は三角形断面の上流側柱状体11と、
台形断面の下流側柱状体12とからなり、かつ管路1 との
上, 下の各嵌合箇所に、カルマン渦発生を促すための円
筒状の各突出部25,26 が一体成形される。なお、管路1
との上, 下の各嵌合箇所に、符号を付けてないOリング
が挿設されるが、これらは流体封止と防振兼用である。
3 は渦検出体で、円板状のダイヤフラム3aと、その軸線
方向に内方に伸びる心棒3bと、その外方に伸びるネジ付
き棒とからなる。心棒3bは、2段階になっており、その
先端側の小径部分が柱状体12にあけられた穴28の内部に
位置し、小径部分の根元部に共振防止用に緩衝材4 が挿
設される。ダイヤフラム3aの上面側に、ネジ付き棒に嵌
まる形で順に絶縁板6,圧電素子8,絶縁板9 および皿バネ
9 が積層され、バランスウェイト10のネジ込みによって
固定される。ここで、圧電素子8 は、渦検出体3 の下側
の棒状部分の微小変位をダイヤフラム3aの変位として検
出し電気信号に変換, 出力する。バランスウェイト10
は、ネジ固定するナットの機能とともに、渦検出体3 が
受けるカルマン渦以外の振動要因、たとえば管路1 など
の振動の影響を打ち消す機能をもつ。
【0003】図4において、管路1 に流体が右方向に流
れるとき、上流側柱状体11と、下流側柱状体12とによっ
て、カルマン渦が柱状体12の近傍に発生し、この発生し
たカルマン渦によって生じる流体の圧力変化が、渦検出
体3 の先端部分の心棒3bに伝達される。この圧力変化の
伝達は、図5において、柱状体12の穴28と連通するよう
に、心棒3bに対応する位置で、柱状体12に流れと直角に
紙面に平行に貫通される導圧孔13を介しておこなわれ
る。さて、渦検出体3 の心棒3bを含む棒状部分の微小変
位は、ダイヤフラム3aの変位に変換された後、圧電素子
8 によって、対応する電気信号に変換, 出力される。
【0004】ところで、圧電素子8と、各絶縁板6,7
についてさらに詳しく説明する。図2は従来例の圧電素
子に関し、(a) はその平面図、(b) はその背面図であ
る。図2(a)において、圧電素子8 の中心を通る横軸に関
し、下側に円弧状の電極8a、上側に円弧状の電極8bが対
称配置される。右側の端に示された舌片状の電極8cは、
図2(b)における円環状電極8cの折り返された部分であ
る。各電極8a,8b の円弧と電極8cの円環とは対応する。
図4 において、カルマン渦に基づく紙面に直角な力は、
ダイヤフラム3aに紙面に含まれる横軸の回りの曲げモー
メントを加える。この曲げモーメントによって、ダイヤ
フラム3aに曲げ歪みが生じ、これに応じて圧電素子8 か
ら電圧信号が出力される。すなわち、図2(a)の各電極8
a,8b には、互いに同じ大きさで符号の異なる歪みが生
じ、各電極8a,8c 間と、各電極8b,8c 間とに互いに同じ
大きさで符号の異なる電圧が発生する。この各電圧に基
づいて、図示してない演算回路によって流速流量を求め
る演算がおこなわれる。なお、図2 と次に述べる図3 と
は、発明に係る実施例と共通である。
【0005】図3は従来例の圧電素子に係る絶縁板に関
し、(a) はその一方の平面図、(b)はその他方の平面図
である。一方の絶縁板6 は、圧電素子8 の背面側( 図2
(b)参照) と接触し、他方の絶縁板7 は、圧電素子8 の
上面側( 図2 (a) 参照) と接触する。絶縁板6 には電極
はないが、絶縁板7 には各電極7a,7b,7cが設けられる。
絶縁板7 の電極7a,7b,7cと、圧電素子8 の電極8a,8b,8c
(舌片部)とがそれぞれ重なり合って接触して、各電極
7a,7b,7cの直線部の端部から、圧電素子8 からの電圧信
号が取り出される。なお、電極7cは接地用である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来例では、カルマン
渦に基づく力を受けて、ダイヤフム3aに曲げ歪みが生じ
たとき、この歪みは、そのまま正確に圧電素子8 に伝わ
らない。その原因は、ダイヤフム3aと絶縁板6 との間、
および、絶縁板6 と圧電素子8 との間でわずかながら滑
りを生じるからである。この滑りのため、圧電素子8 に
生じる歪みは、実際にダイヤフム3aに生じた歪みより小
さくなる。言いかえれば、圧電素子8 の出力感度が低下
することになる。
【0007】この発明が解決すべき課題は、従来の技術
がもつ以上の問題点を解消し、圧電素子の出力感度ひい
ては測定感度の維持,向上を図るカルマン渦流量計を提
供することにある。
【0008】
【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、カルマン渦に基づく力を受ける検出棒と、
歪みを生じるダイヤフラムとが一体的に構成され、その
ダイヤフラムの表面に歪み検出用の圧電素子が電気的に
絶縁されて設けられた流量計において、圧電素子が、ダ
イヤフム表面に一体成形された絶縁材と別の絶縁板とに
よって、両側から挟まれて固定される。
【0009】請求項2に係るカルマン渦流量計は、請求
項1に記載の流量計において、絶縁材のダイヤフラムと
の一体成形が、検出棒およびダイヤフラムの金属材料を
用いた射出成形による。請求項3に係るカルマン渦流量
計は、請求項1または2に記載の流量計において、絶縁
材が、セラミックスである。
【0010】
【作用】請求項1ないし3のいずれかの項に係るカルマ
ン渦流量計では、カルマン渦に基づく力を受けて、ダイ
ヤフムに歪みが生じたとき、この歪みは、ダイヤフムの
表面に一体成形された絶縁材を介してほぼ正確に圧電素
子に伝わる。
【0011】
【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、圧電素子とダイヤフラムとの絶
縁構造にある。図1は実施例の要部の側断面図である。
なお、従来例における部材に同じ、または対応する部材
には、同じ符号を付ける。図1において、ダイヤフラム
3aの中心部の上面で、圧電素子8 が載置されて接触する
箇所に、セラミック円板である絶縁材3cが、表面を露出
させ半ば埋設される形で一体成形される。しかも絶縁材
3cは、ステンレス鋼からなる渦検出体3 に射出成形によ
って、位置精度良くかつ確実に一体化される。なお、圧
電素子8 の上側の絶縁板7 は従来例におけるのと同じ部
材であるから、出力信号の取り出し方は、従来と同様に
おこなわれる。また、図1 で従来例の図4 におけるのと
異なる点として、主題には直接関係ないが、二つの皿バ
ネ9 の向かい合った間に、安定化のために中間板9aが介
挿入れていることを付言する。
【0012】したがって、渦検出体3 の心棒3bがカルマ
ン渦に基づく力を受けて、ダイヤフム3aに曲げ歪みが生
じたとき、この曲げ歪みは、従来例におけるのと異なっ
て、ダイヤフム3aの表面に一体成形された絶縁材3cを介
してほぼ正確に圧電素子8 に伝わる。その結果、圧電素
子8 に生じる曲げ歪みは、実際にダイヤフム3aに生じた
曲げ歪みにほぼ正確に等しくなる。言いかえれば、圧電
素子8 の出力感度、ひいては測定感度が、従来例のとき
に比べて維持,向上する。
【0013】
【発明の効果】請求項1ないし3のいずれかの項に係る
カルマン渦流量計では、カルマン渦に基づく力を受け
て、ダイヤフムに歪みが生じたとき、この歪みは、ダイ
ヤフムの表面に一体成形された絶縁材を介してほぼ正確
に圧電素子に伝わる。その結果、圧電素子に生じる歪み
は、実際にダイヤフムに生じた歪みにほぼ正確に等しく
なり、言いかえれば、従来例におけるより圧電素子の出
力感度、ひいては測定感度が維持,向上する。
【0014】とくに請求項2に係るカルマン流量計で
は、絶縁材のダイヤフラムとの一体成形が、検出棒およ
びダイヤフラムの金属材料を用いた射出成形によるか
ら、製作が容易で、絶縁材とダイヤフラムとの一体化が
確実、かつ位置精度良くおこなわれ、圧電素子の出力感
度、ひいては測定感度の維持,向上が支援される。とく
に請求項3に係るカルマン流量計では、絶縁材がセラミ
ックスで、耐熱性にすぐれ、長期間にわたり絶縁性が維
持されるから、射出成形が容易になり、測定感度に対す
る信頼性向上が支援される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る実施例の要部の側断面図
【図2】実施例と従来例の圧電素子に関し、(a) はその
平面図、(b) はその背面図
【図3】実施例と従来例の圧電素子の絶縁板に関し、
(a) はその一方の平面図、(b) はその他方の平面図
【図4】従来例の側断面図
【図5】従来例における渦発生体の孔部の横断面図
【符号の説明】
1 管路 2 渦発生体 3 渦検出体 3a ダイヤフラム 3b 検出棒 3c 絶縁材 7 絶縁板 7a,7b,7c 電極 8 圧電素子 8a,8b,8c 電極 9 皿バネ 9a 中間板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルマン渦に基づく力を受ける検出棒と、
    歪みを生じるダイヤフラムとが一体的に構成され、その
    ダイヤフラムの表面に歪み検出用の圧電素子が電気的に
    絶縁されて設けられた流量計において、圧電素子は、ダ
    イヤフム表面に一体成形された絶縁材と別の絶縁板とに
    よって、両側から挟まれて固定されることを特徴とする
    カルマン渦流量計。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の流量計において、絶縁材
    のダイヤフラムとの一体成形は、検出棒およびダイヤフ
    ラムの金属材料を用いた射出成形によることを特徴とす
    るカルマン渦流量計。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の流量計におい
    て、絶縁材は、セラミックスであることを特徴とするカ
    ルマン渦流量計。
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