JPH09126839A - 渦流量計センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 渦流量計を配管から取り外すことなく通液中
でも渦検出部を取り替え可能にする。 【解決手段】 渦発生体（図示せず）の軸方向に設けた
計測室内に、軸方向に空胴部６を有する振動管１を振動
管取り付けフランジ３で片持ち固定する。空胴部６に
は、渦検出部１０を挿入し、下部先端部分を放射状にス
リットを有するばね板１６で、上部を素子カバーフラン
ジ１８の２点で着脱自在に固定する。渦検出部１０は、
板ばね１６を固着した下部と、圧電素子板１２を貼着し
た弾性母材１１上部の圧入部分で支持し、振動管１が振
動すると、素子カバー１７に圧入した弾性母材１１のＰ
部を支点としてばね板１６部分が振動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦流量計センサに
関し、より詳細には、渦流量計を配管から取り外すこと
なく、渦検出素子部を交換可能にする渦流量計センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】渦流量計は、周知のように、流管内に配
設された渦発生体から単位時間当りに発生するカルマン
渦の数が、所定レイノルズ数範囲で流速に比例した推測
形の流量計である。このように、渦流量計は、渦発生体
から発生するカルマン渦を検出するための渦流量計セン
サを有している。渦流量計センサには、渦発生体内に一
体に組み込まれる一体形と、渦発生体とは異なる位置に
配設された別体形とあるが、一体形の渦流量計センサは
小形な渦流量計とすることができる点で有利である。

【０００３】本出願人は、以前に、以下に説明するよう
な渦発生体に着脱可能で、口径の異なるすべての渦発生
体に適用可能な渦流量計センサを提案した。

【０００４】図５は、従来の渦流量計センサを説明する
ための図であり、図示の渦流量計は、被測定流体が流れ
る流管３１内に渦発生体３２の両端を固着しており、前
記渦発生体３２の両側面には、圧力導入孔３５，３５が
穿孔されている。該圧力導入孔３５，３５は、渦発生体
３２の一端側から軸方向に穿設された凹陥状の計測室３
４に連通されている。流管３１の外壁には計測室３４の
軸と直角な面を有する取付面３３が形成されている。該
取付面３３には、取付フランジ４１をもった振動管３６
が流管３１に液密に片持支持されている。

【０００５】振動管４０は、有底の円筒体３６と、円筒
体３６の底部から同軸に伸びる受圧板３６ａとからなっ
ている。円筒体３６の内部軸上には板状の弾性母材３７
が挿入され、この両面に圧電素子３８が貼着され、ガラ
ス等の高絶縁性の充填剤３９により円筒体３６と一体に
固着されている。

【０００６】被測定流体が紙面に垂直な方向に向けて流
れた場合、渦発生体３１の下流にカルマン渦が発生し、
渦発生体３２の両側面には圧力変動が生ずる。この圧力
変動は、圧力導入孔３５，３５から計測室３４内に導入
され、受圧板３６ａを左右方向に交番変位させる。この
交番変位は、片持支持された振動管４０内に固着された
圧電素子３８に伝達され、渦の圧力変動に応動する流量
に比例した渦信号が端子４２より出力される。

【０００７】渦流量計には、口径の大きさに従って定め
られた大きさの渦発生体が取り付けられているが、渦発
生体の大きさが異なっていても、振動管４０は共通の大
きさのものが使用される。また、渦発生体３２内の計測
室３４に同一形状の渦流量計センサが挿入されて使用さ
れるので、生産が合理化され、安価な渦流量計を提供で
きる利点がある。しかし、図５に示した渦流量計センサ
は、振動管４０と弾性母材３７とがガラス等の高絶縁性
の充填剤３９で一体に固着されるので、充填剤３９を加
熱・冷却するなどの工程を必要とし、コスト高をまねい
た。

【０００８】これを解決するため、本出願人は、先に、
充填剤３９を使用しない渦流量計センサを提案した。こ
の渦流量計センサは、従来の振動管に対して、振動検出
素子を貼着した弾性母材の一端側と他端側とで支持する
構造のものである。すなわち、弾性母材の一端側（先
端）に放射状にスリットを有する円板状の板ばねを固着
して、板ばねの曲げ力により振動管の底部に着脱可能に
挿入固着し、他端側は、振動管の頭部に圧入する構造で
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この方式によれば、振
動管と弾性母材とを充填剤を用いることなく固着し、振
動管に作用するカルマン渦による変動圧力を忠実に弾性
母材に伝達して渦信号を検出することができる。また、
弾性母材を挿入固着した振動管の内部を気密構造にする
ことにより湿度影響を受けることもなくなる。しかし、
振動検出素子を取り付けた弾性母材を取り替えるときな
ど、弾性母材が取り付けられたままの状態で振動管を渦
発生体から取り外さなければ弾性母材を取り替えること
ができなかった。また、渦発生体から振動管を取りはず
したとき液の流出が伴うので、メンテナンスは液体の流
れを停止した状態でしか行うことができなかった。

【００１０】本発明は、流体の流れを停止することなく
簡単に渦検出部を取り替えることができる渦流量計セン
サを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、渦発
生体の一端側から軸方向に穿設された凹陥状の計測室を
有し、該計測室に前記渦発生体両側面から導入された渦
変動差圧を検出する渦流量計センサにおいて、前記計測
室内に挿入された有底管状で前記渦発生体の一端側に液
密に片持支持され、渦変動差圧に応動して振動する振動
管と、該振動管内に着脱自在に支持され、該振動管の前
記振動に応動して振動し、該振動を検出する振動検出手
段を有する渦検出部とで構成することにより、流体が流
れているときでも液の流出がなく簡単に渦検出部を取り
外すことができるようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明は、前記渦検出部は、一端
が前記振動管の底部にばね力で着脱自在に係止するばね
係止手段を有し他端側両面に圧電素子板を貼着した弾性
母材と、該弾性母材の前記圧電素子板が貼着された区間
を挟む部分を固着収納する管状体で、該管状体の外周壁
側に設けられ、前記振動管に固着するための固着手段を
有する素子カバーとから構成して、該渦検出部と振動管
の上端固定部を取り外すことにより、該渦検出部を簡単
に引き抜くことができるようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による渦流量計セ
ンサの実施の形態における振動管の例を説明するための
断面図であり、図中、１は振動管、２は頭部、３は振動
管取り付けフランジ、４は可動管部、５は受圧板、６は
空胴部、７は渦検出部の係止穴（以後、係止穴と記
す）、８はボルト穴、２０は渦流量計本体、２１は渦発
生体、２２は流路、２３は計測室、２４は導圧孔であ
る。

【００１４】渦流量計本体２０の流路２２に設けられた
渦発生体２１には、渦流量計本体２０に一端を開口した
計測室２３が軸方向に貫通して、渦発生体２１の略中央
部に達している。計測室２３には、渦発生体２１を流れ
と直角方向に貫通しカルマン渦による変動圧を導入する
導圧孔２４が連通している。振動管１は、計測室２３に
僅かな隙間を有して渦流量計本体２０に、振動管取り付
けフランジ３により液密に片持支持される有底の空胴部
６を有する管状体で、底部には流れ方向の面を持つ受圧
板５が導圧孔２４を略閉止する位置に僅かの隙間を有し
て設けられている。従って、空胴部６は大気開放されて
も流路２２から液が流入することはない。また、空胴部
６の底部には、次に述べる渦検出部の先端を係止する小
径の係止穴７が設けられている。

【００１５】図２は、本発明による渦流量計センサの実
施の形態における渦検出部の構造の一例を説明するため
の図で、図２Ａは、構造を示す断面図、図２Ｂは、図２
Ａの矢視Ｂ−Ｂ線断面図、図２Ｃは、ばね板であり、図
中、１０は渦検出部、１１は弾性母材、１２は圧電素子
板、１３は電極板、１４は端子、１５はリード線、１６
はばね板、１７は素子カバー、１８は素子カバーフラン
ジである。

【００１６】渦検出部１０は、前記振動管１の空胴部６
内に着脱自在に挿入され、振動管１が受けるカルマン渦
による圧力変動を忠実に受けて電気信号に変換して出力
する部分であり、応力・歪を検出する検出素子を貼着し
た弾性母材１１と、該弾性母材１１に前記圧力変動が伝
達できるように前記振動管１に固着し、前記検出素子の
検出信号を伝達するための素子カバー１７とからなって
いる。

【００１７】弾性母材１１は、異径の金属柱で、振動検
出素子としての圧電素子板、又は歪ゲージ等の応力・歪
変換素子（図においては圧電素子板１２）を貼着し、上
端を素子カバー１７に圧入する部分を残した２面取りを
形成する上端部１１ａと、中間の支持円柱部１１ｂ、お
よびばね板１６を係止穴７に挿入し有効にばね作用で支
持可能にするために小径のばね取り付け部１１ｃとから
なっている。

【００１８】圧電素子板１２は、弾性母材１１の上端部
分１１ａの２面取りされた２つの面に各々金ペースト等
の導電性接着剤を用いて貼着された圧電素子であり、非
貼着面には、各々、例えば、多孔板からなる電極板１３
が貼着されている。弾性母材１１に貼着された各々の圧
電素子１２の出力は、弾性母材１１側を一方の出力端子
１４ａとし、対向する電極板１３を接続した他方の出力
端１４ｂとからなり各々リード線１５に接続される。

【００１９】素子カバー１７は、検出素子部を密封する
円筒体で外周には素子カバーフランジ１８が設けられて
おり、前述のように、弾性母材１１を振動管１に取り付
ける機能を有している。また、素子カバー１７の上端部
は、リード線１５を気密に挿通する挿通管１５ａの外周
と接続され、下端部は、弾性母材上部１１ａと支持円柱
部１１ｂとの境界近傍の図示Ｑ部分で、溶着される。な
お、素子カバー１７は内部に振動検出部を挿入するため
２分割に形成され、図示Ｍ部分で溶着される。

【００２０】ばね板１６は、図２Ｃに示すように、放射
状のスリット１６ｂを有する円板状のばね部１６ａで外
径が係止穴７の内径よりも僅かに大きく、弾性母材１１
のばね取り付け部１１ｃの先端に中心部１６ｃで溶接等
により固着される。

【００２１】図３は、本発明による渦流量計センサの実
施の形態を説明するための図であり、図１，図２と同様
の作用をする部分には、図１，図２の場合と同じ参照番
号が付してある。

【００２２】図３に示した渦流量計センサは、図１に示
した振動管１内に、図２に示した渦検出部１０を挿入し
て振動伝達可能に一体に固着したもので、振動管１と渦
検出部１０との固着部分は、係止穴７と、ばね板１６の
外周のばね力による接触部分、および、振動管１の頭部
２の上面２ａと素子カバーフランジ１８とのボルト穴を
介したボルト締めによる部分の２箇所である。

【００２３】従って、流路２２に紙面と直角方向に流体
が流れ、紙面と平行な方向にカルマン渦が左右交互に発
生すると、変動圧力が生じ受圧板５を左右に振動させ
る。従って、振動管１の可動管部４は振動管取り付けフ
ランジ３を支点とし振動し、この振動は、ばね板１６を
介して弾性母材１１に伝えられる。弾性母材１１は、上
端部１１ａで素子カバー１７に圧入され固着されている
ので、上端部１１ａを支点として片持状に左右振動し圧
電素子板１２に交番応力を発生させ、渦に対応した電気
信号を出力する。この場合、素子カバー１７の素子カバ
ーフランジ１８と弾性母材１１との溶着部分Ｑとの区間
は弾性変形して弾性母材１１の振動を可能とする。しか
し、この振動に対し抗力となるので、この部分は薄肉に
することが望ましい。

【００２４】図４は、本発明による渦流量計センサの実
施の形態における他の実施例を説明するための図であ
り、図中、１９は固定リングで、図１，図２と同様の作
用をする部分には、図１，図２の場合と同じ参照番号を
付してある。

【００２５】図４に示した素子カバー１７は、外周に僅
かに突起した係止リング部１７ａが設けられており、該
係止リング１７ａ部分上面を上端内周に突起する固定リ
ング１９の鍔部分１９ａで押えてボルト等により振動管
頭部２の上面２ａに固着する。この固着手段以外には、
図３に示した渦流量計センサと同様であり、説明を省
く。なお、振動管１と渦検出部１０からなる渦流量計セ
ンサは、渦発生体２１内に配置したものについて説明し
たが、渦発生体２１の下流に配置して渦信号を検知して
もよい。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に対応する効果：渦発生体の一
端側から軸方向に穿設された凹陥状の計測室を有し、該
計測室に前記渦発生体両側面から導入された渦変動差圧
を検出する渦流量計センサにおいて、前記計測室内に挿
入された有底管状で前記渦発生体の一端側に液密に片持
支持され、渦変動差圧に応動して振動する振動管と、該
振動管内に着脱自在に支持され、該振動管の前記振動に
応動して振動し、該振動を検出する振動検出手段を有す
る渦検出部としたので、渦検出部を渦発生体内に挿入す
るので小形な渦流量計とすることができ、しかも渦検出
部は、振動管内に着脱自在に固着されるので、補修時等
において渦流量計を配管から取り外して渦検出部を交換
することがなく、誰にでも容易に取り替えることが可能
となる。

【００２７】請求項２に対応する効果：前記渦検出部
は、一端が前記振動管の底部にばね力で着脱自在に係止
するばね係止手段を有し他端側両面に圧電素子板を貼着
した弾性母材と、該弾性母材の前記圧電素子板が貼着さ
れた区間を挟む部分を固着収納する管状体で、該管状体
の外周壁側に設けられ、前記振動管に固着するための固
着手段を有する素子カバーとしたので、振動検出素子と
して，キュリー点の高い、しかも高出力の圧電素子板を
用いることにより、高範囲の流体温度でも安定して渦信
号が検出可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による渦流量計センサの実施の形態に
おける振動管の例を説明するための断面図である。

【図２】 本発明による渦流量計センサの実施の形態に
おける渦検出の構造の一例を説明するための図である。

【図３】 本発明による渦流量計センサの実施の形態を
説明するための図である。

【図４】 本発明による渦流量計センサの実施の形態に
おける他の実施例を説明するための図である。

【図５】 従来の渦流量計センサを説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１…振動管、２…頭部、３…振動管取り付けフランジ、
４…可動管部、５…受圧板、６…空胴部、７…渦検出部
の係止穴、８…ボルト穴、１０…渦検出部、１１…弾性
母材、１２…圧電素子板、１３…電極板、１４…端子、
１５…リード線、１６…ばね板、１７…素子カバー、１
８…素子カバーフランジ、１９…固定リング、２０…渦
流量計本体、２１…渦発生体、２２…流路、２３…計測
室、２４…導圧孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 渦発生体の一端側から軸方向に穿設され
   た凹陥状の計測室を有し、該計測室に前記渦発生体両側
   面から導入された渦変動差圧を検出する渦流量計センサ
   において、前記計測室内に挿入された有底管状で前記渦
   発生体の一端側に液密に片持支持され、渦変動差圧に応
   動して振動する振動管と、該振動管内に着脱自在に支持
   され、該振動管の前記振動に応動して振動し、該振動を
   検出する振動検出手段を有する渦検出部とからなること
   を特徴とする渦流量計センサ。
2. 【請求項２】 前記渦検出部は、一端が前記振動管の底
   部にばね力で着脱自在に係止するばね係止手段を有し他
   端側両面に圧電素子板を貼着した弾性母材と、該弾性母
   材の前記圧電素子板が貼着された区間を挟む部分を固着
   収納する管状体で、該管状体の外周壁側に設けられ、前
   記振動管に固着するための固着手段を有する素子カバー
   とからなることを特徴とする請求項１に記載の渦流量計
   センサ。