JPH1054743A - 渦流量計用トランスデューサ - Google Patents
渦流量計用トランスデューサInfo
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- JPH1054743A JPH1054743A JP9131314A JP13131497A JPH1054743A JP H1054743 A JPH1054743 A JP H1054743A JP 9131314 A JP9131314 A JP 9131314A JP 13131497 A JP13131497 A JP 13131497A JP H1054743 A JPH1054743 A JP H1054743A
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/3209—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 様々な媒体に対して使用可能で、高い測定感
度と良好なＳ／Ｎ比が得られる渦流量計用のトランスデ
ューサを提供する。 【解決手段】 三角形又は台形の断面形状を有する本体
５は、テーパー状の縦側面９に凹部１３を有している。
本体５は、この凹部１３により、コンパクトな渦発生部
４、弾性的な渦測定部８、そして剛性が最小となる渦検
出部６に分割される。センサ７は、本体５の孔部１７の
中に封止用コンパウンド１８によって固定され、その配
置位置は、渦検出部６内となっている。矢印３の方向か
らの分離端部１９を過ぎる流れによって形成されたカル
マン渦により、渦測定部８が振動し、その振動の周波数
をセンサ７によって検出することにより、流量を求める
ことができる。
度と良好なＳ／Ｎ比が得られる渦流量計用のトランスデ
ューサを提供する。 【解決手段】 三角形又は台形の断面形状を有する本体
５は、テーパー状の縦側面９に凹部１３を有している。
本体５は、この凹部１３により、コンパクトな渦発生部
４、弾性的な渦測定部８、そして剛性が最小となる渦検
出部６に分割される。センサ７は、本体５の孔部１７の
中に封止用コンパウンド１８によって固定され、その配
置位置は、渦検出部６内となっている。矢印３の方向か
らの分離端部１９を過ぎる流れによって形成されたカル
マン渦により、渦測定部８が振動し、その振動の周波数
をセンサ７によって検出することにより、流量を求める
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は渦を発生させるためのバ
フルバリヤと、このバフルバリヤの下流に位置しバフル
バリヤに接続された渦決定のためのスキャニング素子
と、測定信号を検出するセンサとを備えた渦流量計用の
トランスデューサに関するものである。
フルバリヤと、このバフルバリヤの下流に位置しバフル
バリヤに接続された渦決定のためのスキャニング素子
と、測定信号を検出するセンサとを備えた渦流量計用の
トランスデューサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】渦流量計は、特に化学、水、及び電力供
給産業における技術的プロセスを最も効果的にするため
に、気体、液体、蒸気媒体の体積流量の測定に使用され
ている。
給産業における技術的プロセスを最も効果的にするため
に、気体、液体、蒸気媒体の体積流量の測定に使用され
ている。
【０００３】渦流量計の動作原理は、測定管内に設けら
れた本体により引き起こされる渦形成に基づく。この本
体は、バフルバリヤ（baffle barrier）としても知ら
れ、前端面が流れ方向に対して垂直になるように測定管
内に配置されている。媒体が渦流量計を通過する際、本
体上を流れながら本体の輪郭において交互に渦が発生す
る。渦形成の位置を正確に幾何学的に画定するため、本
体の輪郭に、いわゆる分離端（エッジ）部を設けること
ができる。これらの渦は、下流にてカルマン渦列として
知られる規則的な渦列を形成する。渦の流れと圧力の変
位の結果により、後方部分（一般にプレート形でサンプ
リングプレートまたはスキャニングプレートとも呼ばれ
る）に交代的な力が励起される。スキャニングプレート
の交代的正弦振動は、測定される媒体の流量に代わる代
わる順番に依存する渦周波数と共に変化する。他の渦周
波数流量計の構造では、発生する渦はサーミスタ、また
は圧力センサ、またはひずみ計、または容量性のセン
サ、または超音波によって検出される。
れた本体により引き起こされる渦形成に基づく。この本
体は、バフルバリヤ（baffle barrier）としても知ら
れ、前端面が流れ方向に対して垂直になるように測定管
内に配置されている。媒体が渦流量計を通過する際、本
体上を流れながら本体の輪郭において交互に渦が発生す
る。渦形成の位置を正確に幾何学的に画定するため、本
体の輪郭に、いわゆる分離端（エッジ）部を設けること
ができる。これらの渦は、下流にてカルマン渦列として
知られる規則的な渦列を形成する。渦の流れと圧力の変
位の結果により、後方部分（一般にプレート形でサンプ
リングプレートまたはスキャニングプレートとも呼ばれ
る）に交代的な力が励起される。スキャニングプレート
の交代的正弦振動は、測定される媒体の流量に代わる代
わる順番に依存する渦周波数と共に変化する。他の渦周
波数流量計の構造では、発生する渦はサーミスタ、また
は圧力センサ、またはひずみ計、または容量性のセン
サ、または超音波によって検出される。
【０００４】東ドイツ特許第２１０ ９７２号には、渦
発生のためにバフルバリヤを備え、渦決定のために後方
部分を備えた、渦流量計用のトランスデューサが開示さ
れている。この従来例では、バフルバリヤは２部材から
構成される。またバフルバリヤは、分離端部、収縮端
部、後縁部を備えた階段状のテーパーを有する上流前方
プレートから離されている。渦決定のための後方部分は
２枚の安定プレートを備え、さらにこれらの間にサンプ
リングプレートを備えている。このようなトランスデュ
ーサに一般的に使用される電子機械的な変換器の配置お
よび構造は、この特許には開示されていない。
発生のためにバフルバリヤを備え、渦決定のために後方
部分を備えた、渦流量計用のトランスデューサが開示さ
れている。この従来例では、バフルバリヤは２部材から
構成される。またバフルバリヤは、分離端部、収縮端
部、後縁部を備えた階段状のテーパーを有する上流前方
プレートから離されている。渦決定のための後方部分は
２枚の安定プレートを備え、さらにこれらの間にサンプ
リングプレートを備えている。このようなトランスデュ
ーサに一般的に使用される電子機械的な変換器の配置お
よび構造は、この特許には開示されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のトランスデ
ューサでは、後方のサンプリングプレートが、本体に接
続（特に溶接）されているため、比較的障害が起こりや
すい。さらに、バフルバリヤの構造が比較的複雑なた
め、製造にコストがかかり、また実際に、連続して製造
する際に幾何学的に一定の寸法安定性を得ることが困難
である。従来のトランスデューサでは、例えば高圧、高
温、大流量といった、測定される媒体からの高負荷に対
する安定性への要求が必ずしも充たされなかった。
ューサでは、後方のサンプリングプレートが、本体に接
続（特に溶接）されているため、比較的障害が起こりや
すい。さらに、バフルバリヤの構造が比較的複雑なた
め、製造にコストがかかり、また実際に、連続して製造
する際に幾何学的に一定の寸法安定性を得ることが困難
である。従来のトランスデューサでは、例えば高圧、高
温、大流量といった、測定される媒体からの高負荷に対
する安定性への要求が必ずしも充たされなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、渦流量
計用の特に頑丈なトランスデューサを提供することであ
る。すなわち、本発明は、高温高圧における低速あるい
は高速の気体、蒸気、液体や、汚染された測定媒体、低
密度又は高密度の測定媒体に適し、さらに最適な信号検
出により高い測定感度と良好なＳ／Ｎ比とを得ることが
できる渦流量計用のトランスデューサを提供することを
目的とする。
計用の特に頑丈なトランスデューサを提供することであ
る。すなわち、本発明は、高温高圧における低速あるい
は高速の気体、蒸気、液体や、汚染された測定媒体、低
密度又は高密度の測定媒体に適し、さらに最適な信号検
出により高い測定感度と良好なＳ／Ｎ比とを得ることが
できる渦流量計用のトランスデューサを提供することを
目的とする。
【０００７】この目的を達成するために、本発明は、一
体型の本体において、バフルバリヤとしての渦発生部が
形成され、またスキャニング素子としての渦測定部が形
成されている。一体型の本体の断面は、実質的に三角形
もしくは台形であり、渦発生部、渦測定部及び渦検出部
が、本体の縦側面に設けられた少なくとも１つの凹部に
よって形成される。そして、少なくとも１つのセンサ
が、前記渦検出部の中もしくは前記渦検出部に近接して
配置され、このセンサは本体内に一体的に設けられる。
体型の本体において、バフルバリヤとしての渦発生部が
形成され、またスキャニング素子としての渦測定部が形
成されている。一体型の本体の断面は、実質的に三角形
もしくは台形であり、渦発生部、渦測定部及び渦検出部
が、本体の縦側面に設けられた少なくとも１つの凹部に
よって形成される。そして、少なくとも１つのセンサ
が、前記渦検出部の中もしくは前記渦検出部に近接して
配置され、このセンサは本体内に一体的に設けられる。
【０００８】渦周波数流量計においては、渦分離周波数
と妨害体の幾何学的構成との間に高い比例性のある範囲
を有するような、妨害体（すなわち干渉体）の幾何的配
置構成を見つけることが重要である。
と妨害体の幾何学的構成との間に高い比例性のある範囲
を有するような、妨害体（すなわち干渉体）の幾何的配
置構成を見つけることが重要である。
【０００９】この関係は数学的にストローハル数Ｓｔに
よって以下のように表される。
よって以下のように表される。
【００１０】
【数１】 ただし、ここで、
【数２】ｆ ＝ 渦分離周波数 ｄ ＝ 本体直径 ｖ0 ＝ 自由流速 である。
【００１１】理想的な妨害体では、ストローハル数は、
レイノルズ数Ｒｅ（Ｒｅは、流れの速度、密度、粘性、
直径に依存する）の広い範囲において一定である。
レイノルズ数Ｒｅ（Ｒｅは、流れの速度、密度、粘性、
直径に依存する）の広い範囲において一定である。
【００１２】本発明の基礎的なアイデアは、屋根形で伸
長した形状で、ほぼ三角形または台形の断面を有する本
体を使用することである。本体にはセンサが一体的に設
けられており、このセンサは特に圧電素子である。また
本体は、流れ方向にそって傾斜した縦側面の各々に凹部
を１つずつ備え、この凹部により、本体はいくつかのゾ
ーンもしくは領域に分割されている。本体は、最低でも
渦発生部、渦測定部、渦検出部の３領域を含む。
長した形状で、ほぼ三角形または台形の断面を有する本
体を使用することである。本体にはセンサが一体的に設
けられており、このセンサは特に圧電素子である。また
本体は、流れ方向にそって傾斜した縦側面の各々に凹部
を１つずつ備え、この凹部により、本体はいくつかのゾ
ーンもしくは領域に分割されている。本体は、最低でも
渦発生部、渦測定部、渦検出部の３領域を含む。
【００１３】渦発生部は、一体型の本体のコンパクトな
領域であり、流れ方向に対して垂直な前端面から延びて
いる。
領域であり、流れ方向に対して垂直な前端面から延びて
いる。
【００１４】前端面は断面的に三角形もしくは台形をし
た、一体型の本体の基礎を形成する。これは、垂直に位
置した妨害体における水平断面であり、この妨害体の矩
形のベースは垂直に位置する縦側面を有する。ほぼ中央
部には、前端面と平行にスロット又は凹部が設けられて
おり、このスロット又は凹部は、好ましくは縦側面の全
長にわたって設けられる。本発明に係る本体は、この凹
部の領域において剛性（スティフネス）が最小となり、
この結果、この領域に設けられたセンサにより最適の信
号検出が行われる。
た、一体型の本体の基礎を形成する。これは、垂直に位
置した妨害体における水平断面であり、この妨害体の矩
形のベースは垂直に位置する縦側面を有する。ほぼ中央
部には、前端面と平行にスロット又は凹部が設けられて
おり、このスロット又は凹部は、好ましくは縦側面の全
長にわたって設けられる。本発明に係る本体は、この凹
部の領域において剛性（スティフネス）が最小となり、
この結果、この領域に設けられたセンサにより最適の信
号検出が行われる。
【００１５】縦側面の凹部によって形成された渦検出部
は、その後部または上流において、渦発生部よりも著し
く狭い渦測定部と結合している。渦測定部に作用する渦
の圧力差の力は、機械的な荷重として渦検出部へと伝達
される。渦検出部に設けられた電気機械的なセンサによ
り、機械的な荷重が電気信号に変換される。渦測定部
は、渦発生部および渦検出部と実質的に同じ高さに沿っ
て延びている。これにより、前方の分離端部で形成され
た渦列の面積的（あるいは面的）なスキャニングまたは
サンプリングを行うことが可能になる。
は、その後部または上流において、渦発生部よりも著し
く狭い渦測定部と結合している。渦測定部に作用する渦
の圧力差の力は、機械的な荷重として渦検出部へと伝達
される。渦検出部に設けられた電気機械的なセンサによ
り、機械的な荷重が電気信号に変換される。渦測定部
は、渦発生部および渦検出部と実質的に同じ高さに沿っ
て延びている。これにより、前方の分離端部で形成され
た渦列の面積的（あるいは面的）なスキャニングまたは
サンプリングを行うことが可能になる。
【００１６】本発明では、一体型の本体の構造により、
渦検出部および／または渦測定部の近傍に、センサを配
置することが可能になり、これによって、非常に高い測
定感度と良好なＳ／Ｎ比とが得られる。
渦検出部および／または渦測定部の近傍に、センサを配
置することが可能になり、これによって、非常に高い測
定感度と良好なＳ／Ｎ比とが得られる。
【００１７】例えばＤＮ５０〜３００といった、広い公
称幅の流量計の場合、例えば圧電素子のようなセンサを
渦検出部内に設けることができるため、センサは渦発生
領域と渦測定領域の両領域内に実質的に等しく延びてい
る。
称幅の流量計の場合、例えば圧電素子のようなセンサを
渦検出部内に設けることができるため、センサは渦発生
領域と渦測定領域の両領域内に実質的に等しく延びてい
る。
【００１８】例えばＤＮ１０〜４０といった、狭い公称
幅の渦流量計の場合、センサは渦検出部に非常に近接し
て、比較的コンパクトな渦発生部に設置する。これによ
り、１つまたはそれ以上のセンサによる最適な渦検出が
得られる。
幅の渦流量計の場合、センサは渦検出部に非常に近接し
て、比較的コンパクトな渦発生部に設置する。これによ
り、１つまたはそれ以上のセンサによる最適な渦検出が
得られる。
【００１９】特に高振動不感度（high vibration insen
sitivity）のためには、渦測定部すなわち後部領域の広
い表面が重要であり、これにより、本体内に一体に設け
られたセンサシステムに特に高い渦の力作用が働く。
sitivity）のためには、渦測定部すなわち後部領域の広
い表面が重要であり、これにより、本体内に一体に設け
られたセンサシステムに特に高い渦の力作用が働く。
【００２０】渦測定部のデザインにより、渦の力が作用
することができる面が得られる。渦の面積的（あるいは
面的）なスキャニング（areal scanning）により、信号
検出において数学的積分作用が働く。これは、渦を点状
にとびとびに検出する方式（punctiform manner）のセ
ンサを使用するよりも、渦形成における妨害が非常に少
ないという利点がある。
することができる面が得られる。渦の面積的（あるいは
面的）なスキャニング（areal scanning）により、信号
検出において数学的積分作用が働く。これは、渦を点状
にとびとびに検出する方式（punctiform manner）のセ
ンサを使用するよりも、渦形成における妨害が非常に少
ないという利点がある。
【００２１】この他の利点は、本発明による本体の基本
アイデアを必要に応じて修正することができることであ
る。特に、本体の両側の縦側面に設けられたスロットま
たは凹部を、深さ、幅、形状に関する要求に適応させ、
渦流量計の測定感度、固有共振、頑丈性（ロバスト性）
を選択することが可能である。
アイデアを必要に応じて修正することができることであ
る。特に、本体の両側の縦側面に設けられたスロットま
たは凹部を、深さ、幅、形状に関する要求に適応させ、
渦流量計の測定感度、固有共振、頑丈性（ロバスト性）
を選択することが可能である。
【００２２】本体の一体的構造により、特に安価な製造
が可能になる。この他の利点は、気密的に本体内に内蔵
されたセンサシステムによる検出特性（結果）の良好な
再現性や、比較的単純で安価な製造が可能な構造であ
る。１つ又は複数のセンサは、測定される媒体から隔離
され、本体に内蔵されているため、測定媒体の汚染、高
圧、高温、高流量による破壊または損傷の危険が実質的
に排除される。
が可能になる。この他の利点は、気密的に本体内に内蔵
されたセンサシステムによる検出特性（結果）の良好な
再現性や、比較的単純で安価な製造が可能な構造であ
る。１つ又は複数のセンサは、測定される媒体から隔離
され、本体に内蔵されているため、測定媒体の汚染、高
圧、高温、高流量による破壊または損傷の危険が実質的
に排除される。
【００２３】本発明に係る本体の特に単純な構造によれ
ば、チップ機械加工（chip machining）により製造する
ことが可能であり、また金属材料、非金属材料の両方を
使用することができる。また、大幅にメンテナンス不要
の操作が可能であり、高圧・高温範囲において使用で
き、高密度又は特に低密度の媒体の測定や、レイノルズ
数１０，０００以下の低流量（低流速）の測定などに利
用可能といった利点もある。２つのセンサを備えたトラ
ンスデューサは、キャリブレーションを要する部分にも
使用することができる。
ば、チップ機械加工（chip machining）により製造する
ことが可能であり、また金属材料、非金属材料の両方を
使用することができる。また、大幅にメンテナンス不要
の操作が可能であり、高圧・高温範囲において使用で
き、高密度又は特に低密度の媒体の測定や、レイノルズ
数１０，０００以下の低流量（低流速）の測定などに利
用可能といった利点もある。２つのセンサを備えたトラ
ンスデューサは、キャリブレーションを要する部分にも
使用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の好適
な実施の形態（以下、実施形態と略称する）を説明す
る。
な実施の形態（以下、実施形態と略称する）を説明す
る。
【００２５】図１、図２には、本体５とセンサ７が一体
的に設けられた本実施形態のトランスデューサ２が示さ
れている。この水平断面図において、本体５は実質的に
三角形もしくは台形であり、矢印３で示す流れ方向に沿
って、渦発生部４としての第１領域、渦検出部６として
の第２領域、渦測定部８としての第３領域を備えてい
る。
的に設けられた本実施形態のトランスデューサ２が示さ
れている。この水平断面図において、本体５は実質的に
三角形もしくは台形であり、矢印３で示す流れ方向に沿
って、渦発生部４としての第１領域、渦検出部６として
の第２領域、渦測定部８としての第３領域を備えてい
る。
【００２６】図１からわかるように、渦発生部４は、前
方端部１１から凹部１３へと延びる。凹部１３は、本体
５の中央部、両方の縦側面９に、縦軸１２について対称
的に形成されている。縦軸１２は、トランスデューサの
中央部を通り、流れ方向に延びる軸である。この配置お
よび構成により、例えば、弓形の凹部１３の深さと半径
について言えば、特定の要求に従ったトランスデューサ
２の測定感度と固有共振を予め決定することが可能にな
る。凹部１３は、縦側面に延びて、剛性が最小となる領
域を形成する。センサ７を前記渦検出部６内に配置する
ことにより最適な測定信号が得られる。
方端部１１から凹部１３へと延びる。凹部１３は、本体
５の中央部、両方の縦側面９に、縦軸１２について対称
的に形成されている。縦軸１２は、トランスデューサの
中央部を通り、流れ方向に延びる軸である。この配置お
よび構成により、例えば、弓形の凹部１３の深さと半径
について言えば、特定の要求に従ったトランスデューサ
２の測定感度と固有共振を予め決定することが可能にな
る。凹部１３は、縦側面に延びて、剛性が最小となる領
域を形成する。センサ７を前記渦検出部６内に配置する
ことにより最適な測定信号が得られる。
【００２７】渦測定部８は、凹部１３から後端部１４へ
と延びている。図１からわかるように、渦発生部４は特
にコンパクトで頑丈であるのに対し、渦測定部８はその
狭い幅のために弾性的で振動可能である。
と延びている。図１からわかるように、渦発生部４は特
にコンパクトで頑丈であるのに対し、渦測定部８はその
狭い幅のために弾性的で振動可能である。
【００２８】本体５は、縦側面９に分離端部１９を有し
ている。分離端部１９は、流れが本体５の両側面に回り
込むときに交互に渦を発生し、渦測定部８の方向に向か
って渦列を形成する。分離した渦は、渦測定部８を通過
し、交互に変わる圧縮負荷を誘導し、その周波数は検出
する媒体の流量に依存する。
ている。分離端部１９は、流れが本体５の両側面に回り
込むときに交互に渦を発生し、渦測定部８の方向に向か
って渦列を形成する。分離した渦は、渦測定部８を通過
し、交互に変わる圧縮負荷を誘導し、その周波数は検出
する媒体の流量に依存する。
【００２９】渦測定部８の振動の測定は、センサ７によ
って行われる。このセンサ７は、圧電素子から成る。セ
ンサ７は、渦測定部８で求められた渦周波数がセンサ７
へ伝達されるよう、孔部（ボア：bore）１７内に固定さ
れている。圧電素子１５は適切に封止用コンパウンド１
８内に受容されており、封止用コンパウンド１８によっ
て全面を覆われている。封止用コンパウンド１８は、例
えばエポキシ樹脂、セラミック接着剤、セメント、その
他の接着剤から構成することができ、前述の封止用コン
パウンド１８によって圧電素子１５の着脱可能な配置が
可能になる。プレート状のニオブ酸リチウム単結晶やチ
タン酸バリウム素子などのような圧電素子１５は、渦測
定部８の振動によって変形することにより、接続されて
いるリード線１６に交流電圧を供給し、この交流の周波
数は測定される媒体の流量に比例する。
って行われる。このセンサ７は、圧電素子から成る。セ
ンサ７は、渦測定部８で求められた渦周波数がセンサ７
へ伝達されるよう、孔部（ボア：bore）１７内に固定さ
れている。圧電素子１５は適切に封止用コンパウンド１
８内に受容されており、封止用コンパウンド１８によっ
て全面を覆われている。封止用コンパウンド１８は、例
えばエポキシ樹脂、セラミック接着剤、セメント、その
他の接着剤から構成することができ、前述の封止用コン
パウンド１８によって圧電素子１５の着脱可能な配置が
可能になる。プレート状のニオブ酸リチウム単結晶やチ
タン酸バリウム素子などのような圧電素子１５は、渦測
定部８の振動によって変形することにより、接続されて
いるリード線１６に交流電圧を供給し、この交流の周波
数は測定される媒体の流量に比例する。
【００３０】本体５は一体的に形成されているので、階
段状のテーパーを有する孔部１７は、渦発生部４の前端
面１１から始めて、渦検出部５を通り渦測定部８へと、
形成していくことができる。孔部１７は、渦発生部４の
端面を形成する前端面１１内においてストッパ２４によ
って閉鎖される。特に気密的に閉鎖するために、ストッ
パ２４に加えて遮断プレート（図示せず）を設けること
ができる。
段状のテーパーを有する孔部１７は、渦発生部４の前端
面１１から始めて、渦検出部５を通り渦測定部８へと、
形成していくことができる。孔部１７は、渦発生部４の
端面を形成する前端面１１内においてストッパ２４によ
って閉鎖される。特に気密的に閉鎖するために、ストッ
パ２４に加えて遮断プレート（図示せず）を設けること
ができる。
【００３１】図１、図２には縦側面の凹部１３の構造が
示されており、縦側面の凹部１３は特にフライス削りに
より形成することができる。さらに、凹部１３が縦側面
９の高さ全体にわたって延びていることがわかる。凹部
１３と、後端部１４方向に先細りとなっている縦側面９
は、測定値の誤りを防ぐために厳密に対称的に形成され
ている。延伸される渦測定部８では、各縦側面９と前端
面１１の平行面とのなす角が、渦発生部４におけるその
角度よりも大きい。
示されており、縦側面の凹部１３は特にフライス削りに
より形成することができる。さらに、凹部１３が縦側面
９の高さ全体にわたって延びていることがわかる。凹部
１３と、後端部１４方向に先細りとなっている縦側面９
は、測定値の誤りを防ぐために厳密に対称的に形成され
ている。延伸される渦測定部８では、各縦側面９と前端
面１１の平行面とのなす角が、渦発生部４におけるその
角度よりも大きい。
【００３２】本体５は、弾性部分全体（つまり渦検出部
５と渦測定部８）に対する渦発生部４のアスペクト比を
考慮して、次の範囲において形成することができる。
５と渦測定部８）に対する渦発生部４のアスペクト比を
考慮して、次の範囲において形成することができる。
【００３３】
【数３】 測定管１０の内径Ｄi（図２参照のこと）に対する本体
の幅ｂの比は、ほぼｂ： Ｄi ＝ ０．２ 〜 ０．３５で
あるべきである。流れ方向における本体の長さＬと本体
の幅ｂとの比は、Ｌ： ｂ ＝１．２ 〜１．９とするこ
とができる。
の幅ｂの比は、ほぼｂ： Ｄi ＝ ０．２ 〜 ０．３５で
あるべきである。流れ方向における本体の長さＬと本体
の幅ｂとの比は、Ｌ： ｂ ＝１．２ 〜１．９とするこ
とができる。
【００３４】なお、本体５は、その片側のみを測定管１
０に対して固定してもよいし、両側で測定管１０に固定
してもよい。また、本体は、溶接、ねじ、はめ込み（シ
ュリンキング・イン：shrinking in）、ピン、あるいは
接着剤によって、測定管１０内に固定することができ
る。
０に対して固定してもよいし、両側で測定管１０に固定
してもよい。また、本体は、溶接、ねじ、はめ込み（シ
ュリンキング・イン：shrinking in）、ピン、あるいは
接着剤によって、測定管１０内に固定することができ
る。
【００３５】図１、図２には、前端面１１に対して直角
をなす分離端部領域２５が示されている。この分離端部
領域２５の後には、縦側面９が、凹部１３及び後端部１
４に向かってテーパーをなしており、これにより、台形
の渦発生部４および渦測定部８が形成されている。これ
ら渦発生部４及び渦測定部８には、凹部１３によって渦
検出部６が形成されている。
をなす分離端部領域２５が示されている。この分離端部
領域２５の後には、縦側面９が、凹部１３及び後端部１
４に向かってテーパーをなしており、これにより、台形
の渦発生部４および渦測定部８が形成されている。これ
ら渦発生部４及び渦測定部８には、凹部１３によって渦
検出部６が形成されている。
【００３６】図２にあるように、渦測定部８は、実質的
に（すなわち、ほぼ）測定管の内径Ｄi全体にわたって
延びている。くぼみ２０は、図２の例では測定管１０の
縦軸１２に対して約４５°の角度で形成されており、渦
測定部８内の流れの妨害的な周縁（マージナル：margin
al）影響を確実に分断する。同時に、縦軸１２に対して
ある角度で設けられたくぼみ２０により、渦測定部８の
力作用を、センサ７の近傍領域に集中させることによっ
て、測定感度に影響を及ぼすことが可能であり、同様に
して測定感度を最適にすることも可能である。くぼみ２
０（このくぼみ２０は、後端部１４から渦検出部６まで
延びてもよい）により、渦測定部８は３つに分けられ
る。外側の分断された領域２１、２２が流れを引き起こ
すため、形成された渦列の質は影響を受けない。
に（すなわち、ほぼ）測定管の内径Ｄi全体にわたって
延びている。くぼみ２０は、図２の例では測定管１０の
縦軸１２に対して約４５°の角度で形成されており、渦
測定部８内の流れの妨害的な周縁（マージナル：margin
al）影響を確実に分断する。同時に、縦軸１２に対して
ある角度で設けられたくぼみ２０により、渦測定部８の
力作用を、センサ７の近傍領域に集中させることによっ
て、測定感度に影響を及ぼすことが可能であり、同様に
して測定感度を最適にすることも可能である。くぼみ２
０（このくぼみ２０は、後端部１４から渦検出部６まで
延びてもよい）により、渦測定部８は３つに分けられ
る。外側の分断された領域２１、２２が流れを引き起こ
すため、形成された渦列の質は影響を受けない。
【００３７】測定管１０の公称幅の関数として、くぼみ
２０の幅を選ぶことが好適である。一般に、くぼみ２０
の幅は０．００５〜０．００２ × Ｄi（測定管１０の
内径）である。
２０の幅を選ぶことが好適である。一般に、くぼみ２０
の幅は０．００５〜０．００２ × Ｄi（測定管１０の
内径）である。
【００３８】図７には、渦測定部８におけるくぼみ２０
の別の配置構成が示されている。この例では、くぼみ２
０は、後端部１４から、測定管１０の壁部と平行して渦
検出部６まで延びている。この平行なくぼみ２０は、特
に測定管の内壁の、妨害的な周縁影響を分断する。流れ
は、２つの分断された領域２１、２２によって案内され
るので、形成された渦列の質は影響されない。
の別の配置構成が示されている。この例では、くぼみ２
０は、後端部１４から、測定管１０の壁部と平行して渦
検出部６まで延びている。この平行なくぼみ２０は、特
に測定管の内壁の、妨害的な周縁影響を分断する。流れ
は、２つの分断された領域２１、２２によって案内され
るので、形成された渦列の質は影響されない。
【００３９】図６は、渦測定部８を備える本体５を概略
的に示している。この図に示す渦測定部８は、後端部１
４から渦検出部６に向かって斜めに傾斜した傾斜部２８
を有している。この構造は測定管１０の壁の妨害的な影
響を防止することを目的としたものである。前出の図と
同様、本体５にはセンサ（図示せず）、分離端部領域２
５、縦側面９内に設けられた凹部１３を備えている。
的に示している。この図に示す渦測定部８は、後端部１
４から渦検出部６に向かって斜めに傾斜した傾斜部２８
を有している。この構造は測定管１０の壁の妨害的な影
響を防止することを目的としたものである。前出の図と
同様、本体５にはセンサ（図示せず）、分離端部領域２
５、縦側面９内に設けられた凹部１３を備えている。
【００４０】本体５の構造に関しては、図３に示すトラ
ンスデューサ２は、図１、図２のトランスデューサ２に
相当する。図３のトランスデューサ２は、一体型であ
り、従って再現可能な溶接（reproducible welds）や継
手、接続要素などの必要がない。これら溶接や継手、接
続要素は、センサと極めて近接しているため、センサシ
ステムの検出特性の再現性に決定的な影響を及ぼす。図
３のトランスデューサ２は、２つのセンサ７、２７を備
えているため、機能的信頼性が増加する。２つのセンサ
を備えたこの冗長性のある構成により、２つの同一の出
力信号が得られる。これにより問題点すなわち干渉を検
出することが可能になり、またキャリブレーションが必
要な場所にシステム全体を使用することができる。２つ
のセンサ７及び２７は、トランスデューサ２の縦軸１２
を間にして上下に、かつ縦軸１２について対称的に配置
されている。図２に示すように、圧電素子１５と接続さ
れたリード線１６は測定値決定手段（図示せず）へと延
びている。この他の重要な特徴として、図１、図２に対
応して、縦側面９に設けられた両側の凹部１３や、渦測
定部８内に傾斜して配置されたくぼみ２０などを備えて
いるが、これら諸特徴についての説明は、図１及び図２
の実施の形態における同一の符号についての説明を参照
されたい。
ンスデューサ２は、図１、図２のトランスデューサ２に
相当する。図３のトランスデューサ２は、一体型であ
り、従って再現可能な溶接（reproducible welds）や継
手、接続要素などの必要がない。これら溶接や継手、接
続要素は、センサと極めて近接しているため、センサシ
ステムの検出特性の再現性に決定的な影響を及ぼす。図
３のトランスデューサ２は、２つのセンサ７、２７を備
えているため、機能的信頼性が増加する。２つのセンサ
を備えたこの冗長性のある構成により、２つの同一の出
力信号が得られる。これにより問題点すなわち干渉を検
出することが可能になり、またキャリブレーションが必
要な場所にシステム全体を使用することができる。２つ
のセンサ７及び２７は、トランスデューサ２の縦軸１２
を間にして上下に、かつ縦軸１２について対称的に配置
されている。図２に示すように、圧電素子１５と接続さ
れたリード線１６は測定値決定手段（図示せず）へと延
びている。この他の重要な特徴として、図１、図２に対
応して、縦側面９に設けられた両側の凹部１３や、渦測
定部８内に傾斜して配置されたくぼみ２０などを備えて
いるが、これら諸特徴についての説明は、図１及び図２
の実施の形態における同一の符号についての説明を参照
されたい。
【００４１】図４、図５に示すトランスデューサ３２
は、公称幅ＤＮが１０〜４０の範囲のためのものであ
る。ここで、ＤＮは、トランスデューサが設置される測
定管の公称幅（径）である。この例では、公称幅ＤＮが
５０〜３００（図１〜図３参照）の場合と異なり、セン
サを渦検出部３６内に配置することは寸法の問題から不
可能である。従って、圧電素子４５は、渦発生部３４に
おいて垂直縦方向に配置される。この渦発生部３４は、
渦検出部３６とは異なり、凹部３３によって形成され、
渦測定部３８は比較的コンパクトで安定している。
は、公称幅ＤＮが１０〜４０の範囲のためのものであ
る。ここで、ＤＮは、トランスデューサが設置される測
定管の公称幅（径）である。この例では、公称幅ＤＮが
５０〜３００（図１〜図３参照）の場合と異なり、セン
サを渦検出部３６内に配置することは寸法の問題から不
可能である。従って、圧電素子４５は、渦発生部３４に
おいて垂直縦方向に配置される。この渦発生部３４は、
渦検出部３６とは異なり、凹部３３によって形成され、
渦測定部３８は比較的コンパクトで安定している。
【００４２】図５には、プレート状の圧電素子から成る
センサ４５が示されており、このセンサ４５は、渦周波
数がバックラッシ（backlash）なしにセンサ４５へ伝達
されるように、孔部３７内に封止用コンパウンド４１に
よって固定されている。センサ４５は、封止用コンパウ
ンド４１及び孔部３７と共に、測定管１０の壁内に延び
ている。測定管１０の壁は、開口部を有している。セン
サ４５と接続している２本のリード線４８は、前述のセ
ンサ４５内の信号をトランスデューサ３２の外へ伝達す
る。
センサ４５が示されており、このセンサ４５は、渦周波
数がバックラッシ（backlash）なしにセンサ４５へ伝達
されるように、孔部３７内に封止用コンパウンド４１に
よって固定されている。センサ４５は、封止用コンパウ
ンド４１及び孔部３７と共に、測定管１０の壁内に延び
ている。測定管１０の壁は、開口部を有している。セン
サ４５と接続している２本のリード線４８は、前述のセ
ンサ４５内の信号をトランスデューサ３２の外へ伝達す
る。
【００４３】渦測定部３８は、測定する媒体の速度プロ
フィールに適合させるために、断面について対数関数的
に形成されている。これにより、弾性的な渦測定部３８
の丸い又は皿形の端部領域４３が得られる。測定信号に
対する流れの測定壁領域からの妨害の影響は、前述の端
部領域４３によって減少することができる。さらに、丸
い端部領域４３は流れ案内機能も備えている。
フィールに適合させるために、断面について対数関数的
に形成されている。これにより、弾性的な渦測定部３８
の丸い又は皿形の端部領域４３が得られる。測定信号に
対する流れの測定壁領域からの妨害の影響は、前述の端
部領域４３によって減少することができる。さらに、丸
い端部領域４３は流れ案内機能も備えている。
【００４４】渦発生部に凹部、すなわち直接形成した又
はフライス削りにより形成したスロットを設けることに
より、渦の形成に対して更に影響を与えることができる
（図４参照）。このような追加的なスロット４７は、渦
検出部３６の凹部１３と実質的に平行であり、渦形成を
促進し、トランスデューサの線形領域を広げる。前述の
スロット４７は、丸形で、分離端部またはその付近に形
成されていることが好ましい。
はフライス削りにより形成したスロットを設けることに
より、渦の形成に対して更に影響を与えることができる
（図４参照）。このような追加的なスロット４７は、渦
検出部３６の凹部１３と実質的に平行であり、渦形成を
促進し、トランスデューサの線形領域を広げる。前述の
スロット４７は、丸形で、分離端部またはその付近に形
成されていることが好ましい。
【図１】 本発明に係るトランスデューサの実施形態を
示す水平断面図である。
示す水平断面図である。
【図２】 図１に示したトランスデューサの部分断面図
である。
である。
【図３】 本発明に係る、センサを２つ使用したトラン
スデューサの実施形態を示す部分断面図である。
スデューサの実施形態を示す部分断面図である。
【図４】 本発明に係るトランスデューサの別の実施形
態を示す水平断面図である。
態を示す水平断面図である。
【図５】 図４に示したトランスデューサの部分断面図
である。
である。
【図６】 本発明に係るトランスデューサの変形例を示
す側面図である。
す側面図である。
【図７】 本発明に係るトランスデューサの別の変形例
を示す図である。
を示す図である。
２ トランスデューサ、３ 流れ方向、４ 渦発生部、
５ 本体、６ 渦検出部、７ センサ、８ 渦測定部、
９ 縦側面、１０ 測定管、１１ 前端面、１２ 縦
軸、１３ 凹部、１４ 後端部、１５ 圧電素子、１６
リード線、１７孔部、１８ 封止用コンパウンド、１
９ 分離端部、２０ くぼみ、２１，２２ 分断された
領域、２４ ストッパ、２５ 分離端部領域。
５ 本体、６ 渦検出部、７ センサ、８ 渦測定部、
９ 縦側面、１０ 測定管、１１ 前端面、１２ 縦
軸、１３ 凹部、１４ 後端部、１５ 圧電素子、１６
リード線、１７孔部、１８ 封止用コンパウンド、１
９ 分離端部、２０ くぼみ、２１，２２ 分断された
領域、２４ ストッパ、２５ 分離端部領域。
Claims (12)
- 【請求項１】 渦発生のためのバフルバリヤと、バフル
バリヤの下流に位置しバフルバリヤと接続された渦測定
のためのスキャニング素子と、測定信号を検出するため
のセンサと、を有する渦流量計用のトランスデューサで
あって、 前記バフルバリヤとしての渦発生部と、前記スキャニン
グ素子としての渦測定部と、を備えた一体型の本体を有
し、 前記一体型の本体の断面は、実質的に三角形又は台形で
あり、 前記渦発生部、前記渦測定部及び渦検出部が、前記本体
の縦側面に設けられた少なくとも１つの凹部によって形
成され、 少なくとも１つのセンサが、前記渦検出部の中又は前記
渦検出部に近接して配置され、前記本体内に一体的に設
けられていることを特徴とするトランスデューサ。 - 【請求項２】 少なくとも１つの一体的に設けられたセ
ンサを有する前記一体型の本体が、コンパクトな渦発生
部と、弾性的な渦測定部と、これら両領域の間に設けら
れた剛性が制限された狭い渦検出部と、を形成するよう
な寸法となっていることを特徴とする請求項１に記載の
トランスデューサ。 - 【請求項３】 前記センサは前記渦検出部内に配置され
た圧電素子によって構成されており、前記圧電素子は前
記渦発生部及び渦測定部の中に実質的に等しく延伸して
いることを特徴とする請求項１に記載のトランスデュー
サ。 - 【請求項４】 ２つのセンサが本体内に一体的に設けら
れ、これら２つのセンサは、トランスデューサの縦軸に
関して対称的な位置に配置されていることを特徴とする
請求項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項５】 前記センサが、前記渦発生部内において
垂直方向に、前記渦検出部に近接又は隣接して配置され
ていることを特徴とする請求項１に記載のトランスデュ
ーサ。 - 【請求項６】 対称的に形成された凹部が前記渦検出部
として設けられ、前記凹部がトランスデューサの縦軸に
対して実質的に直角をなして狭い曲げ領域を形成し、前
記凹部の構造及び配置によって当該トランスデューサの
測定感度、固有共振および頑丈性を決定することが可能
であり、前記凹部は金属又はプラスチック製の本体に形
成されたスロットであることを特徴とする請求項２に記
載のトランスデューサ。 - 【請求項７】 前記本体は、流れ方向に沿って、コンパ
クトな渦発生部と、渦検出部及び渦測定部を含む弾性領
域とが所定のアスペクト比となるように形成され、本体
の幅ｂの測定管の内径Ｄiに対する比が０．２から０．
３５までの範囲内となり、本体の長さＬの幅ｂに対する
比が１．２から１．９までの範囲内となることを特徴と
する請求項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項８】 前記本体は、三角形又は台形の形状を有
し、少なくとも１つの一体的に設けられたセンサを有
し、互いに対称にかつ垂直方向に沿って形成された２つ
の凹部によって、台形の渦発生部と、これよりも狭い可
動の渦測定部と、に分割されることを特徴とする請求項
６に記載のトランスデューサ。 - 【請求項９】 前記渦測定部が断面について対数関数的
に設計され丸形又は皿形の領域を有し、または前記渦測
定部が前記渦検出部から前記本体の後端部へと傾斜する
傾斜部を有し、および／または前記渦測定部が後端部か
ら前記渦検出部の凹部へと延びる複数のくぼみを有し、
前記複数のくぼみは、前記本体の縦軸について対称的で
あり、かつ前記縦軸に対して平行又は傾斜しており、お
よび／または前記くぼみの幅は、渦流量計の公称幅に基
づき定められ、渦流量計の測定管の内径Ｄiの０．００
５倍から０．００２倍の範囲内にあることを特徴とする
請求項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項１０】 少なくとも１つのセンサが、測定する
媒体から絶縁され、特に気密的に前記本体内に設けら
れ、前記本体は、円筒形の分離端部領域を有し、前記分
離端部領域とテーパー状の縦側面との間にスロットを有
していることを特徴とする請求項１に記載のトランスデ
ューサ。 - 【請求項１１】 圧電素子が封止用コンパウンド内に着
脱可能に配置されていることを特徴とする請求項３に記
載のトランスデューサ。 - 【請求項１２】 前記本体は、片側または両側において
測定管内に固定され、前記本体の固定には適切な封止要
素を伴うことを特徴とする請求項１に記載のトランスデ
ューサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19620655.3 | 1996-05-22 | ||
| DE19620655A DE19620655C2 (de) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | Meßwertgeber für einen Wirbeldurchflußmesser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1054743A true JPH1054743A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=7795049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9131314A Pending JPH1054743A (ja) | 1996-05-22 | 1997-05-21 | 渦流量計用トランスデューサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5913247A (ja) |
| EP (1) | EP0809088B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1054743A (ja) |
| AT (1) | ATE177835T1 (ja) |
| CA (1) | CA2205769A1 (ja) |
| DE (2) | DE19620655C2 (ja) |
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| JP2006098317A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Saginomiya Seisakusho Inc | 渦流量計 |
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