JPH09196721A - 非満水流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造堅牢にして、かつ大口径の流路にも容易
に対応可能な渦式流速計を用いて非満水の流体の流量を
測定することの出来る流量計を提供することを課題とし
たものである。 【解決手段】本発明は、両側面に圧力センサが設けられ
た柱状物体よりなり管路内を非満水状態で流れる流体の
流れの中に挿入される渦発生体、及び前記圧力センサよ
り得られる流体の水位信号としての直流成分と流速信号
としての周波数成分とを乗算する乗算手段を具備し、こ
の乗算手段の出力信号を計測するように構成したもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非満水の状態で管
路を流れる流体の流量をカルマン渦列現象を利用して計
測するようにした流量計に関するのである。

【０００２】

【従来の技術】上下水道など、非満水の状態で管路を流
れる流体の流量を計測する流量計として古くはせき式流
量計が知られており、又近年では電磁流量計等が用いら
れている。しかし、これらの流量計は管路が大口径とな
ると据付工事に問題があり、必ずしも満足できるもので
はなかった。

【０００３】非満水流量計は、管路内を流れる流体の水
位と流速を何等かの手段で検出し、流量は検出した水位
と流速の値から演算により求めるものが一般的である。
管路を流れる流体の流速を検出する１つの手段として、
カルマン渦列現象を利用した渦式流速計が知られてい
る。管路を流れる流体の流れの中に柱状物体よりなる渦
発生体を挿入すると、その表面より境界相が剥離して後
方の流れの中にカルマン渦列が形成される。渦式流速計
は、発生したカルマン渦の周波数が流速の１次に比例す
ることを利用して流体の流速を求めるようにしたもので
ある。このような渦式流速計は、せき式流量計或いは電
磁流量計等に比較して構造が堅牢で、しかも配管が大口
径となっても据付工事が容易である等の特徴がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、構造
が堅牢で、しかも大口径の流路にも容易に対応可能な渦
式流速計を用いて非満水の流体の流量を測定することの
できる流量計を提供することを目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決する為の主な手段として、両側面に圧力センサが設け
られた柱状物体よりなり管路内を非満水状態で流れる流
体の流れの中に挿入される渦発生体と、前記圧力センサ
より得られる流体の水位信号としての直流成分と流速信
号としての周波数成分とを乗算する乗算手段を具備し、
この乗算手段の出力信号を計測するように構成したもの
である。以下、図面を用いて本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる流量計の一
実施の形態を示す構成図である。図において、１０は管
路、２０は流体を示すもので、この流体は管路１０内を
矢印方向に非満水の状態で流れている。３０は断面台形
状の柱状物体よりなりカルマン渦列を発生する渦発生体
で、この渦発生体は流体２０の深さ方向において配管１
０の内部に配置されている。４１〜４ｎは渦発生体３０
の側面３１の長さ方向に一定の間隔をおいて設けられた
圧力センサである。渦発生体３０の他方の側面３１’に
も同様に圧力センサ４1'〜４ｎ’が一定の間隔をおいて
設けられている。但し、この圧力センサ４１’〜４ｎ’
は図では見えていない。

【０００７】このような構成に係わる流量計の動作を図
２及び図３を用いて説明する。図２において、管路１０
内には流体２０が図１と同様に矢印方向に非満水の状態
で流れている。渦発生体３０の両側面３１，３１’に夫
々一定の間隔で設けられた圧力センサ４１〜４ｎと４1'
〜４ｎ’の内、最下段の一対の圧力センサ４１と４１’
は圧力ヘッドとして作用し、その内の１つのセンサ，例
えばセンサ４１より得られる直流成分によって流体２０
の水位が求められる。

【０００８】一方、渦発生体３０の表面より流体２０の
境界相が剥離して後方の流れの中にカルマン渦列が発生
する。このカルマン渦の単位時間当たりの数（＝渦周波
数）は、前記のように流体２０の流速に比例するもので
ある。このカルマン渦列の発生に伴う圧力変動は、渦発
生体３０の両側面３１，３１’に設けた水位以下にある
圧力センサ４１〜４６及び４１’〜４６’より得られる
交流成分によって検出される。この場合、前記した圧力
センサ４１によって検出した水位の情報から、水位以下
にある圧力センサ４１〜４６，４１’〜４６’によって
夫々得られる交流信号の内の１つを渦周波数として採用
すべき信号として選定する。例えば、図２において水位
以下で最上段にある一対の圧力センサ４６と４６’によ
って検出された渦周波数、即ち圧力センサ４６，４６’
によって検出された交流成分の周波数が流体２０の流速
の代表値として採用される。

【０００９】このように、渦発生体３０の両側面に夫々
設けられた複数個の圧力センサの内の最下段の圧力セン
サより直流成分として水位信号が得られ、又渦発生体３
０によって発生するカルマン渦列により複数個の圧力セ
ンサから得られる交流成分の内の１つより流速信号が得
られる。これらの直流成分としての水位と、交流成分と
しての流速（周波数）の関係を図３に示す。圧力センサ
に生じた被測定流体２０の水位信号としての直流成分
と、流速信号としての周波数成分とは夫々乗算手段（図
示せず）に送られて乗算され、この乗算手段より非満水
の状態で管路１０を流れる流体２０の流量に対応した信
号が得られる。この信号を計測することにより、非満水
の流量が求められる。

【００１０】なお、上述では水位以下にある複数個の圧
力センサの内の最下段に設けた圧力センサによって得ら
れる直流成分により水位を求め、又この水位情報を基に
して複数個の圧力センサによって得られる交流成分の内
の１つを流速信号として選定し、両信号より流量を求め
るようにしたが、水位以下の全ての圧力センサ（図２で
は４１〜４６及び４１’〜４６’）より得られる水位信
号としての各直流成分と、これらの水位以下にある全て
の圧力センサより得られる渦周波数である流速信号とし
ての交流成分を夫々用いて流量を計測するようにしても
良い。

【００１１】このようにした場合、水位以下の全ての圧
力センサ４１〜４６及び４１’〜４６’により、各セン
サ位置における流体２０の水位が夫々検出される。一
方、水位以下の全ての圧力センサ４１〜４６及び４１’
〜４６’により、各センサ位置における流体２０の流速
が求められる。これらの各圧力センサによって得られる
水位信号と、流速信号は夫々乗算手段に送られて演算が
施され、流体２０の各層毎の流量が求められる。求めら
れた各層毎の流量は加え合わされ、これにより管路１０
を非満水状態で流れる流体２０の全体の流量が計測され
る。このような方法では、流体２０の流速分布２１が考
慮されているので、大口径でその流路内の深さ方向に流
速分布がありその影響が無視出来ない場合でも、高精度
で非満水の流量を計測することができる特徴がある。

【００１２】このように、図１に示す流量計は、非満水
の状態で管路を流れる流体の流量をカルマン渦列現象を
利用して計測するようにしたので、せき式流量計或いは
電磁流量計等を用いる場合より構造堅牢にして、かつ管
路が大口径でも据付工事などその工事を容易に行うこと
のできる流量計を得ることのできる。しかも、カルマン
渦列を発生させる渦発生体に圧力センサを一体に設ける
ように構成したので、据付工事を一層容易に行うことが
できる利点がある。

【００１３】図４は本発明に係わる流量計の他の実施の
形態を示す構成図である。なお、図４において図１と同
一部分は図１と同一符号を付してそれらの説明は省略す
る。図４において、５０は圧力センサで、この圧力セン
サは渦発生体３０の下流側において管路１０の底部にそ
の受圧面が上側になるように固定配置されている。

【００１４】このような構成の流量計においては、図１
で説明した如く圧力センサ５０からは流体２０の水位信
号としての直流成分と、渦発生体３０によって発生する
カルマン渦列による流体２０の流速信号としての交流成
分とが同時に取り出され、これらの両信号は乗算される
ことにより流体２０の流量が求められる。

【００１５】このような構成に係わる図４の流量計にお
いても渦式流速計を用い、しかも１つのセンサより流体
２０の水位と流速を同時に求めるようにしているので、
簡単な構成で、かつ堅牢であり、大口径の管路にも容易
に対応可能な非満水の流量計を得ることができる。

【００１６】図５は本発明に係わる流量計の更に他の実
施の形態を示す構成図である。なお図５においても、図
１と同一部分は図１と同一符号を付してある。図５にお
いて、３０はカルマン渦列発生体で、この渦発生体の一
端（又は両端）は管路１０の内壁に固定されている。６
０は歪み検出センサで、このセンサは渦発生体３０の下
端側においてこの渦発生体の内部に固定配置されてい
る。渦発生体３０にはその内部に配置された歪み検出セ
ンサ６０が流体２０と連通する流路（図示せず）が形成
されている。

【００１７】前記したように、渦発生体３０により発生
するカルマン渦の数（渦周波数）は流速に比例するが、
図５に示す流量計においてはそのカルマン渦の発生に伴
って渦発生体３０に曲げ変形が生じる。この曲げ変形は
歪み検出センサ６０で検出され、その出力変動の周波数
より流体２０の流速が計測される。

【００１８】一方、図６の（イ）及び（ロ）に示す如
く、流体２０の水位に応じて渦発生体３０に加わる曲げ
モーメントが異なる。従って、同じ流速でも水位に応じ
て渦発生体３０の曲げ変形の大きさが変化することか
ら、歪み検出センサ６０の出力振幅により流体２０の水
位が求められる。歪み検出センサ６０により検出される
流速信号としての交流成分と、水位信号としての出力振
幅である直流成分とは乗算手段（図示せず）により乗算
され、その出力信号により測定流体２０の流量が求めら
れる。このような構成の図５に示す流量計においても、
カルマン渦列を利用した渦式流速計を用いて構成したの
で、堅牢で大口径の管路にも容易に対応可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればせ
き式流量計或いは電磁流量計等に比較して構造堅牢で、
しかも大口径の流路にも容易に対応可能な渦式流速計を
用いて非満水の流体の流量を測定することの出来る流量
計を実現することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる流量計の一実施の形態を示す構
成図である。

【図２】図１に示す流量計の動作を説明する為の図であ
る。

【図３】図１に示す流量計の動作を説明する為の図であ
る。

【図４】本発明に係わる流量計の他の実施の形態を示す
構成図である。

【図５】本発明に係わる流量計の更に他の実施の形態を
示す構成図である。

【図６】図５に示す流量計の動作を説明する為の図であ
る。

【符号の説明】

１０ 管路 ２０ 流体 ３０ 渦発生体 ４１〜４ｎ 圧力センサ ５０ 圧力センサ ６０ 歪み検出センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笛木 学 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両側面に圧力センサが設けられた柱状物体
   よりなり管路内を非満水状態で流れる流体の流れの中に
   挿入される渦発生体、及び前記圧力センサより得られる
   流体の水位信号としての直流成分と流速信号としての周
   波数成分とを乗算する乗算手段を具備し、この乗算手段
   の出力信号を計測するようにした非満水流量計。
2. 【請求項２】前記渦発生体の両側面に夫々一定の間隔を
   おいて複数個の圧力センサを設け、水位以下の圧力セン
   サの内の最下段の圧力センサより得られる水位信号とし
   ての直流成分と水位以下の圧力センサより得られる流速
   信号としての周波数成分の内の１つの周波数成分とを乗
   算する乗算手段を具備し、この乗算手段の出力信号を計
   測するようにした請求項１記載の非満水流量計。
3. 【請求項３】前記渦発生体の両側面に夫々一定の間隔を
   おいて複数個の圧力センサを設け、水位以下の各圧力セ
   ンサより得られる流体の水位信号としての直流成分と流
   速信号としての周波数成分とを各層毎に乗算しその乗算
   結果を加算するようにしてなる演算手段を具備し、この
   乗算手段の出力信号を計測するようにした請求項１記載
   の非満水流量計。
4. 【請求項４】柱状物体よりなり管路内を非満水状態で流
   れる流体の流れの中に挿入される渦発生体、前記管路の
   底部に固定配置された圧力センサ、及びこの圧力センサ
   より得られる流体の水位信号としての直流成分と流速信
   号としての周波数成分とを乗算する乗算手段を具備し、
   この乗算手段の出力信号を計測するようにした非満水流
   量計。
5. 【請求項５】柱状物体よりなり非満水状態で流体が流れ
   る管路の内部に少なくとも一端が固定された渦発生体、
   この渦発生体の底部においてこの渦発生体内に配置され
   前記流体に連通してなる歪みセンサ、及びこの歪みセン
   サによって得られる前記流体の流速に応じて前記渦発生
   体に生じる曲げ変形による周波数成分と水位によって変
   動する振幅に応じて得られる直流成分とを乗算する乗算
   手段を具備し、この乗算手段の出力信号を計測するよう
   にした非満水流量計。