JPH0949748A

JPH0949748A - 渦流量計

Info

Publication number: JPH0949748A
Application number: JP20061995A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tanimoto; 淳谷本; Shinsuke Imai; 信介今井
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-18
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3195521B2; TW315935U

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた器差特性をもった渦流量計を安価に提
供する。【解決手段】円筒流路２を有する本体部１と、断面形
状が軸方向に一定で、流れに対向した辺が底辺である二
等辺三角形をした渦発生体部３とからなる渦流量計で、
渦発生体部３が本体部１に取り付けられる端部は、流れ
方向からみて、渦発生体軸に直角な平面部４ａと円筒流
路２の円弧壁面とで構成され円筒流路２内に突起した円
弧突起部４とし、本体部１と渦発生体部３と円弧突起部
４とを精密鋳造により一体に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦流量計に関し、
より詳細には、円筒状の本体部と、渦発生体部とを組合
せて、精密鋳造により一体構成した渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、渦流量計は、流路中に流
路軸と直角に設けられた渦発生体から単位時間に流出す
るカルマン渦の数が所定Ｒｅ（レイノルズ）数範囲で流
量に比例することを利用した推測形の流量計である。こ
のような動作原理に基づく渦流量計は、被測流体が流れ
る流管に接続されるフランジ付、又はフランジレスの筒
状をした本体と、この本体に取り付けられた渦発生体
と、渦発生体から流出するカルマン渦を検出する渦検出
器および検出された渦信号を処理変換して流量信号を出
力する変換器とからなる簡単な構成をもっており、しか
も、単位時間に発生するカルマン渦の数は、カルマン渦
信号を変換して得られたディジタル信号として取り出さ
れ、気体・液体の種類に関係なく広い流量範囲に亘って
高精度な流量計測が可能であるなどの多くの特長をもっ
ている。

【０００３】しかし、構造が簡単な渦流量計であって
も、特に、渦流量計を構成する渦発生体の形状および渦
発生体と本体の円筒流路の寸法比等が渦流量計の特性に
大きく影響することが知られており、これまで、これら
の問題を解明し、理想的な流量計に近づけるために多く
の提案がなされた。この中で、渦発体の断面形状が上流
側が底辺の二等辺三角形であり、本体内径Ｄに対する渦
発生体の幅ｄの比が０.２８近傍、幅ｄに対する二等辺
三角形の高さの比が１〜１.５であるときがカルマン渦
を発生する最適な条件であるとされている。このような
条件を充たす従来の渦流量計として本出願人が提供した
図２，図３に示す構造の渦流量計がある。

【０００４】図５は、従来の渦流量計の第１例を説明す
るための図で、図５Ａは、流れ方向からみた正面図、図
５Ｂは、図５Ａの矢印Ｂ−Ｂ線断面図であり、図中、１
１は本体、１２は流路、１３は渦発生体である。

【０００５】図５に示す従来の渦流量計は、端面１１ａ
が平行で直径Ｄの円形流路１２を有する円筒状の本体１
１に、断面二等辺三角形状の渦発生体１３を底辺１３ａ
（幅ｄ）が上流側となるように、円弧状の両端１３ａを
円形断面の流路壁１２ａに焼き嵌めして圧接固着したも
のである。このときの渦発生体１３の幅ｄと流路径Ｄの
比（ｄ／Ｄ）＝０.２８に選んである。

【０００６】図６は、従来の渦流量計の第２例を説明す
るための図で、図６Ａは図６Ｂの矢視Ａ−Ａ線断面図、
図６Ｂは図６Ａの矢視Ｂ−Ｂ線断面図であり、図中、２
１は本体、２２は流路、２３は渦発生体、２４は両端外
側面、２５，２６はＯリング、２７は押えリング、２８
はボルトである。

【０００７】図６に示す従来の渦流量計は、渦発生体の
幅ｄと流路径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）は、図６の場合と同様
０.２８に定められているが、渦発生体２３を、円筒状
の本体２１を貫通して固着する固着方式のものである。
本体２１には、流路２２の軸直角で断面を等分に分割す
る軸上に透孔２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有し、渦発生体
２３には、上記透孔にＯリング２５，２６でシールさ
れ、各々挿通される円柱部分２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを
有し、渦発生体２３は流路２２内に位置する部分が二等
辺三角形で、両端部が円である異形断面形状を有して、
本体２１に鍔部２３ａと押えリング２７とでボルト２８
により係止される。このため、渦発生体２３を流路２２
の上流側からみた図６Ａの場合、流路２２内の渦発生体
２３は、二等辺三角形の底面である矩形部分と、流路２
２の一部壁面の円弧部分と前記矩形の短辺部分とで形成
された円弧部分とで構成されている。

【０００８】渦流量計は流量計として、より広い流量範
囲に亘って器差が安定して高精度であることが求められ
る。

【０００９】図５，図６に示した従来の渦流量計は、渦
発生体の形状、および渦発生体と本体流路との寸法比等
が最適に定められる。器差は、Ｒｅ数が２×１０⁴〜１
０⁷範囲で±１％の範囲内にあるが、図６に示した渦発
生体３２は、端部外側２４が平面をなし、流路２２に円
弧状突起２４ａを有しており、通常の渦流量計では、小
Ｒｅ数で漸増する器差は、図６に示した渦流量計では小
さくなり、前記Ｒｅ数範囲内で±０.５％の器差を可能
とする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来の渦
流量計は、円筒状の本体１１に渦発生体１３を焼嵌めし
て作られるので、構成および製作が簡単であるが、流量
器差特性は、図５に示した渦流量計に対し劣る。しか
し、構造の面からみると、渦発生体２３は、円柱部と二
等辺三角形部とからなる複数段の断面形状をもち、この
渦発生体２３を取り付ける本体２１も、渦発生体２３の
形状に対応して渦発生体２３を挿入するための穿孔をし
なければならない。この結果、流量計としての特性は優
れているが製造コストが嵩み、高価となるという課題が
あった。

【００１１】本発明は、優れた器差特性を保持しながら
安価な渦流量計を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、被測流体が流れる流管に接続され円筒状の流路を有
する筒状の本体部と、前記流路の軸に直角で、両端が前
記本体部の流路内壁に一体接続された渦発生体部を有
し、該渦発生体部から単位時間当りに発生するカルマン
渦の数から流量を求める渦流量計において、前記渦発生
体部は、断面形状が軸方向に一定な上流側が底辺となる
二等辺三角形状の柱状体で、前記流路内壁に接続される
端部は、前記渦発生体の軸に直角な前記二等辺三角形に
外接する円形平面と前記流路内壁の円弧面とで構成さ
れ、前記流路の流れ方向に円弧状に突起した円弧突起部
を有し、該渦発生体部と前記本体部と前記円弧突起部と
を精密鋳造により一体に形成して、優れた特性をもち、
安価な渦流量計を提供することを特徴としたものであ
る。

【００１３】請求項２に記載の発明は、被測定流体が流
れる流管に接続され円筒状の流路を有する筒状の本体部
と、前記流路の軸に直角で、両端が前記本体部の流路内
壁に一体接続された渦発生体部を有し、該渦発生体部か
ら単位時間当りに発生するカルマン渦の数から流量を求
める渦流量計において、前記渦発生体部は、断面形状が
軸方向に一定な上流側が底辺となる二等辺三角形状の柱
状体で、該渦発生体部の前記本体部と接続する接続部近
傍の上流側に、前記流路内壁に向けて突出する円弧状平
板部を設け、該円弧状平板部と前記本体部と渦発生体部
とを精密鋳造により一体に形成し、円弧状平板部により
馬蹄渦の発生をなくし、第１の発明と同様に器差特性の
優れた渦流量計を安価に提供するものである。

【００１４】請求項３に記載の発明は、前記渦発生体部
の中心軸の長さを流管径Ｄ、流れに面した幅をｄ、流れ
方向の長さをＬ、該渦発生体の上流側の面から上流側に
突出する円弧状平板部の最大長さをｌ、高さをｈとした
とき、０.２５＜ｄ／Ｄ＜０.３０，１＜（Ｄ／Ｌ）＜１.５０.０３Ｄ＜ｌ＜０.０７Ｄ，０.０４Ｄ＜ｈ＜０.０７Ｄとすることにより、請求項２と同様の効果をもち、配管
影響を受けにくく、更に優れた流量・器差特性を有する
渦流量計を安価に提供するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による渦流量計の
第１の実施の形態を説明するための図で、図１Ａは平面
図、図１Ｂは後流側からみた正面図、図１Ｃは図１Ｂの
矢視Ｃ−Ｃ線断面図であり、図中、１は本体部、２は流
路、３は渦発生体部、４は円弧突起部である。

【００１６】図１において、本体部１は、軸Ｏ−Ｏ′と
同軸な内径Ｄの流路２を有する円筒状体であり、流管
（図示せず）のフランジ間に、流管と同軸に挟持されボ
ルト等により圧接される所謂フランジレスの本体の例で
あり、フランジ面に平行な端面１ａ，１ａを有し、円筒
流路２内には、軸Ｏ−Ｏ′と直角で流路２を等分する３
角柱状の渦発生体部３を設けている。渦発生体部３は、
断面一定な柱状体で断面形状は、軸Ｏ−Ｏ′上において
被測流体がＯからＯ′に向けて流れるとき、流れに面し
た辺が長さｄの底辺３ａで斜辺３ｂ，３ｃを有する二等
辺三角形であるが、流路２の壁面２ａと接続する両端側
は、各々渦発生体部３の軸に直角な前記二等辺三角形を
外接する円形面である外側端面４ａと流路２の円弧４ｂ
とで囲まれた円弧突起部４となっている。また、渦発生
体部３には、渦信号をカルマン渦の発生に伴って生ずる
圧力変動として検出するため、渦発生体部３の外部から
軸方向に挿入された圧力検出器（図示せず）に前記変動
圧力を印加するための圧力導入口となる対をなす複数対
の圧力導入口３ｄ，３ｄ，３ｅ，３ｅを設けている。し
かし、圧力導入口３ｄ，３ｅは渦検出手段が異なれば不
要である。

【００１７】図１に示した渦流量計の渦発生体部３の流
れ方向の幅ｄと円筒状の流路２の内径Ｄとの寸法比およ
び渦発生体３の形状の好ましい値は、寸法比（ｄ／Ｄ）
が０.２５〜０.３０で渦発生体３の二等辺三角形の斜辺
３ｂ，３ｃの軸Ｏ−Ｏ′に対する傾斜角が所定の角度範
囲であり、円弧突起部４を有することにより、渦発生体
部３から流出するカルマン渦による渦柱は、渦発生部３
と略平行して剥離し、実質的に２次元のカルマン渦とな
り、器差に対するＲｅ特性は、格段に向上する。

【００１８】図１に示した渦流量計の本体部１と渦発生
体部３と円弧突起部４は精密鋳造、例えば、ロストワッ
クス法（インベストメントカスト法）により一体に成形
される。ロストワックス法は、例えば、密ろう、松脂等
からなる熱可溶性の物質により渦流量計の模型を作り、
これを、けい砂、石灰粉末等からなる耐火材料で被覆
後、加熱して熱可溶性の模型を溶出し、空洞となった模
型部に、例えば、ステンレス鋼の鋳造金属を注入固化
後、耐火材料を取り除く。鋳造された渦流量計の表面は
サンドブラスト等により平滑面となるように表面処理さ
れる。

【００１９】表面処理された渦流量計は、センサが圧力
検出方式で、例えば、フランジを有する圧力センサの場
合、圧力センサ（図示せず）を固着するセンサ取付面１
ｂの平面仕上加工、および渦発体部３の軸方向に圧力導
入口３ｅ，３ｄ，と連通するセンサ挿入口（図示せず）
を穿孔する孔加工の簡単な加工を施すだけで、所定の器
差特性を有する渦流量計ができる。

【００２０】図２は、本発明による渦流量計の第２実施
の形態を説明するための図で、図２Ａは平面図、図２Ｂ
は図２Ａの矢視Ａ−Ａ線断面図であり、図中、５は渦発
生体部、６は円弧状平板部であり、図１と同様の作用を
する部分には、図１の場合と同じ参照番号を付してあ
る。

【００２１】図２に示した渦流量計の渦発生体部５は、
断面形状は図１の渦発生体部３の場合と同様に、上流側
が底辺５ａである二等辺三角形５ｂ，５ｃであるが、本
体部１との接合部は、円弧突起部４ではなく、円弧状平
板部６を設けてある。円弧状平板部６は、渦発生体部５
の接合部近傍の底辺５ａから流路２の上流側壁面２ａに
向けて傾斜して円弧状に突起している平板部分である。

【００２２】従来の、例えば、図５に示した渦流量計に
おいては、流路の壁面と渦発生体近傍の上流から下流側
に向け、渦糸からなる馬蹄状の馬蹄渦が発生し流出す
る。馬蹄渦は、動圧が渦発生体上流側面の中央部が高
く、両側が小さく、且つ流路壁面側が小さいことにより
生ずる流体の流れに基づいて渦発生体近傍の流管壁の境
界層に発生するものである。流管壁面の境界層に発生す
る馬蹄渦は、渦発生体の側面から渦糸状に平行して剥離
して流出するカルマン渦を、乱して器差−レイノルズ数
特性を悪化させ、且つ配管影響を受けやすくしている。
円弧状平板部６は、これらの馬蹄渦を消去するためのも
のである。

【００２３】図３は、本発明による渦流量計の第３の実
施形態を説明するための渦発生体部の図で、図３Ａは流
れ方向からみた正面図、図３Ｂは側面図、図３Ｃは図３
Ｃの矢視Ｃ−Ｃ線断面図で、図２と同様の作用をする部
分には、図２の場合と同じ参照番号を付してある。

【００２４】図３に示した渦発生体部５は、長さが流管
径Ｄと等しく、流れに面した幅がｄ、流れ方向の長さが
Ｌの二等辺三角状体で、図４，図５に示した渦発生体部
５と同様に、０.２５＜ｄ／Ｄ＜０.３０（１）１＜Ｄ／Ｌ＜１.５（２）の範囲の二等辺三角柱である。このような渦発生体部５
を有する渦流量計に対し、円弧板部６を設けることによ
り、器差−レイノルズ数特性が改善されることを述べた
が、本出願人の実験によれば、円弧板部６の寸法を、０.０３Ｄ＜ｌ＜０.０７Ｄ（３）０.０４Ｄ＜ｈ＜０.０７Ｄ（４）とすることにより、更に流量器差特性が改善されること
が判明した。

【００２５】円弧状平板部６は、渦発生体部５から流出
する馬蹄渦を取り除き、２次元状のカルマン渦を発生さ
せ、配管影響を小さくする効果がある。第２，第３実施
形態による渦流量計も第１実施の形態と同様、精密鋳造
により一体成形することにより、高精度で安価な渦流量
計を提供することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下の効果がある。請求項１に対応する効
果：渦発生体部と本体部とが、精密鋳造により一体に鋳
造され、センサ取付のための僅かな加工を施すだけの簡
単な作業により、安価な渦流量計要部が得られ、且つ、
渦発生体部の端部にカルマン渦を２次元的に発生させる
ために有効な円弧突起部を設けたので、広い流量範囲で
優れた器差精度をもつ渦流量計を安価に提供することが
できる。

【００２７】請求項２に対応する効果：本体部と接合す
る渦発生体部近傍上流側に円弧状平板部を設けたので、
馬蹄渦の発生を防ぎ、実質的に２次元のカルマン渦を発
生させる。円弧状平板部は、従来の技術では取り付け困
難であったが、精密鋳造により、本体部と渦発生部と共
に一体成形できるので、請求項１と同様の効果がある。

【００２８】請求項３に対応する効果：前記渦発生体部
の中心軸の長さを流管径Ｄ、流れに面した幅をｄ、流れ
方向の長さをＬ、該渦発生体の上流側の面から上流側に
突出する円弧状平板部の最大長さをｌ、高さをｈとした
とき、０.２５＜ｄ／Ｄ＜０.３０，１＜（Ｄ／Ｌ）＜１.５０.０３Ｄ＜ｌ＜０.０７Ｄ，０.０４Ｄ＜ｈ＜０.０７Ｄとしたので、請求項１，２と同様の効果をもち、配管影
響を受けにくく、更に優れた流量・器差特性を有する渦
流量計を安価に提供することができる。

【００２９】

【実施例】図４は、本発明による渦流量計の配管形状に
よる器差影響の実施例を説明するための図であり、横軸
は配管径ＤのＮ（整数）倍、横軸は上流直管長が４０Ｄ
の配管条件で得られたメータ定数Ｋ₀（ｌ／ｐ：リッタ
／パルス）に対する相対誤差（（Ｋ−Ｋ₀）／Ｋ₀）×１
００％をあらわしている。

【００３０】試験に供された渦流量計は、渦発生体部
が、長さＤ＝１５０ｍｍ（ｄ／Ｄ）＝０．２８，（ｌ／
ｄ）＝１．２５円弧突起部６の長ｌ＝８ｍｍ，高さｈ＝
７ｍｍ，および９ｍｍの２種類であり、試験条件は試験
流は水、Ｒｅ数：３×１０⁶で、上流側配管が４０Ｄの
直管配管で行った試験結果得られたメータ定数Ｋ₀に対
し、上流側配管が９０°エルボ、又は立体２重エルボの
後流側に設けられた長管長をパラメータとして得られた
相対器差（（Ｋ−Ｋ₀）／Ｋ₀）％をあらわした結果であ
る。

【００３１】図４に示した結果によると、９０°エル
ボ、および立体２重エルボの場合も上流直管長が５Ｄで
は、相対器差は−１％を越すが、１０Ｄ以上では、±
０．５％以内の相対器差となり、それ以上の配管長であ
れば、相対器差は略無視される程度であり、最も器差影
響を受け易い立体２重エルボでも、充分満足した高安定
な器差が渦流量が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による渦流量計の第１実施の形態を説
明するための図である。

【図２】本発明による渦流量計の第２実施の形態を説
明するための図である。

【図３】本発明による渦流量計の第３の実施形態を説明
するための渦発生体部の図である。

【図４】本発明による渦流量計の配管形状による器影響
の実施例を説明するための図である。

【図５】従来の渦流量計の第１例を説明するための図
である。

【図６】従来の渦流量計の第２例を説明するための図
である。

【符号の説明】

１…本体部、２…流路、３…渦発生体部、４…円弧突起
部、５…渦発生体部、６…円弧状平板部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測流体が流れる流管に接続され円筒状
の流路を有する筒状の本体部と、前記流路の軸に直角
で、両端が前記本体部の流路内壁に一体接続された渦発
生体部を有し、該渦発生体部から単位時間当りに発生す
るカルマン渦の数から流量を求める渦流量計において、
前記渦発生体部は、断面形状が軸方向に一定な上流側が
底辺となる二等辺三角形状の柱状体で、前記流路内壁に
接続される端部は、前記渦発生体の軸に直角な前記二等
辺三角形に外接する円形平面と前記流路内壁の円弧面と
で構成され、前記流路の流れ方向に円弧状に突起した円
弧突起部を有し、該渦発生体部と前記本体部と前記円弧
突起部とを精密鋳造により一体に形成したことを特徴と
する渦流量計。
【請求項２】被測定流体が流れる流管に接続され円筒
状の流路を有する筒状の本体部と、前記流路の軸に直角
で、両端が前記本体部の流路内壁に一体接続された渦発
生体部を有し、該渦発生体部から単位時間当りに発生す
るカルマン渦の数から流量を求める渦流量計において、
前記渦発生体部は、断面形状が軸方向に一定な上流側が
底辺となる二等辺三角形状の柱状体で、該渦発生体部の
前記本体部と接続する接続部近傍の上流側に、前記流路
内壁に向けて突出する円弧状平板部を設け、該円弧状平
板部と前記本体部と渦発生体部とを精密鋳造により一体
に形成したことを特徴とする渦流量計。
【請求項３】前記渦発生体部の中心軸の長さを流管径
Ｄ、流れに面した幅をｄ、流れ方向の長さをＬ、該渦発
生体の上流側の面から上流側に突出する円弧状平板部の
最大長さをｌ、高さをｈとしたとき、０.２５＜ｄ／Ｄ＜０.３０，１＜（Ｄ／Ｌ）＜１.５０.０３Ｄ＜ｌ＜０.０７Ｄ，０.０４Ｄ＜ｈ＜０.０７Ｄとしたことを特徴とする請求項２に記載の渦流量計。