JPH11281421A

JPH11281421A - リング渦流量計

Info

Publication number: JPH11281421A
Application number: JP10081389A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fukuhara; 聡福原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ比が良好なリング渦流量計を提供す
る。【解決手段】測定管路に挿入された渦発生体により発
生するカルマン渦周波数を検出して流量を測定するリン
グ渦流量計において、リング状の渦発生体本体と、この
渦発生体本体の上流側に設けられこの渦発生体本体と同
一の外周面を有し一端面が前記渦発生体本体の一端面に
接続され殆どカルマン渦を発生することの無い薄肉筒状
の固定リングと、前記渦発生体本体のカルマン渦の発生
に影響を与え無いように前記渦発生体本体より上流の所
定距離の前記固定リングの外周面に一端が固定され他端
が前記測定管路に固定される柱状の支持部材とを具備し
たことを特徴とするリング渦流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓ／Ｎ比が良好な
リング渦流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、題目；リングの渦流速
計ブラフボディへの適用、Ｐ５２〜Ｐ５６、計測自動制
御学会論文集、発行日；昭和５６年７月、著者；高木正
樹、小宮勤一、発行所；計測自動制御学会に示されて
いる。

【０００３】図において、リング渦発生体本体１は、一
端がリング渦発生体本体１に固定され、他端が測定管路
２に固定された、支持部材３により、測定管路２に支持
される。

【０００４】しかして、測定管路２に測定流体ＦＬ_oが
流されると、リング渦流量計本体１の下流には、カルマ
ン渦が発生する。このカルマン渦発生の周波数は、測定
流体ＦＬ_oの流速或いは流量に比例するので、カルマン
渦発生の周波数を測定することにより、測定流体ＦＬ_o
の流速或いは流量が測定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、支持部材３での測定流体ＦＬ_oの流
れの乱れが、リング渦発生体本体１で発生する渦に悪影
響を及ぼし、リング渦が不安定になり、Ｓ／Ｎ比が悪化
する。

【０００６】本発明は、この問題点を解決するものであ
る。本発明の目的は、Ｓ／Ｎ比が良好なリング渦流量計
を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、（１）測定管路に挿入された渦発生体により発生するカ
ルマン渦周波数を検出して流量を測定するリング渦流量
計において、リング状の渦発生体本体と、この渦発生体
本体の上流側に設けられこの渦発生体本体と同一の外周
面を有し一端面が前記渦発生体本体の一端面に接続され
殆どカルマン渦を発生することの無い薄肉筒状の固定リ
ングと、前記渦発生体本体のカルマン渦の発生に影響を
与え無いように前記渦発生体本体より上流の所定距離の
前記固定リングの外周面に一端が固定され他端が前記測
定管路に固定される柱状の支持部材とを具備したことを
特徴とするリング渦流量計。（２）前記測定管路の前記支持部材の固定部分に前記測
定管路の中心軸を挟んで少なくとも２個設けられた振動
センサを具備したことを特徴とする（１）記載のリング
渦流量計。（３）前記少なくとも２個の振動センサの出力信号を加
算処理してカルマン渦信号を検出する第１の信号処理回
路を具備したことを特徴とする（２）記載のリング渦流
量計。（４）前記測定管路の前記支持部材の固定部分に前記測
定管路の中心軸を挟んで一方側の前記支持部材の中心軸
より上流側に設けられた第１の振動センサと前記支持部
材の中心軸より下流側に設けられた第２の振動センサ
と、他方側の前記支持部材の中心軸より上流側に設けら
れた第３の振動センサと前記支持部材の中心軸より下流
側に設けられた第４の振動センサとを具備したことを特
徴とする（１）記載のリング渦流量計。（５）前記第１の振動センサと前記第３の振動センサと
の出力を加算して前記第１の振動センサと前記第３の振
動センサとが検出した渦発生体本体の振動ノイズを除去
する第１振動ノイズ除去回路と前記第２の振動センサと
前記第４の振動センサとの出力を加算して前記第２の振
動センサと前記第４の振動センサとが検出した渦発生体
本体の振動ノイズを除去する第２振動ノイズ除去回路と
前記第１振動ノイズ除去回路と前記第２振動ノイズ除去
回路との出力を減算して前記第１乃至第４の振動センサ
が検出した管路振動ノイズを除去する第３振動ノイズ除
去回路とを有する第２の信号処理回路を具備したことを
特徴とする請求項４記載のリング渦流量計。（６）前記振動センサとして圧電素子が使用されたこと
を特徴とする（２）乃至（５）の何れかに記載のリング
渦流量計。（７）前記渦発生体本体の断面形状が三角形であること
を特徴とする（１）乃至（６）の何れかに記載のリング
渦流量計。を構成したものである。

【０００８】

【作用】

【０００９】以上の構成において、測定管路に測定流体
が流されると、リング渦流量計本体の下流には、カルマ
ン渦が発生する。このカルマン渦発生の周波数は、測定
流体の流速或いは流量に比例するので、カルマン渦発生
の周波数を測定することにより、測定流体の流速或いは
流量が測定される。

【００１０】しかして、固定リングの上流端のエッジ部
で発生する測定流体の流れの乱れＢは小さい。

【００１１】また、支持部材は、渦発生体本体のカルマ
ン渦の発生に影響を与え無いように、渦発生体本体より
上流の所定距離の固定リングの外周面に一端が固定さ
れ、他端が測定管路に固定されているので、支持部材で
の測定流体の流れの乱れが、渦発生体本体に与える影響
は小さい。

【００１２】従って、渦発生体本体から発生するカルマ
ン渦が安定になり、Ｓ／Ｎ比が良好で、広いレイノルズ
数範囲で安定した測定が出来るリング渦流量計が得られ
る。

【００１３】しかして、支持部材の中心軸が、第１〜第
４の振動センサのほぼ中心に位置する。

【００１４】発生したは渦信号は、第１の振動センサの
信号と第２の振動センサの信号では逆相に、また、第３
の振動センサの信号と第４の振動センサの信号では逆相
になる。

【００１５】渦発生体本体の振動ノイズは、第１の振動
センサのノイズ信号と第３の振動センサのノイズ信号で
は逆相に、また、第２の振動センサのノイズ信号と第４
の振動センサのノイズ信号では逆相になる。

【００１６】管路振動ノイズは、第１の振動センサの管
路振動ノイズ信号、第２の振動センサの管路振動ノイズ
信号、第３の振動センサの管路振動ノイズ信号と第４の
振動センサの管路振動ノイズ信号とは同相になる。

【００１７】従って、管路振動ノイズが小さい場合に
は、第１の信号処理回路により、簡易に渦発生体本体の
振動ノイズを打ち消すことが出来る。管路振動ノイズが
大きい場合には、第２の信号処理回路により、渦発生体
本体の振動ノイズを打ち消すことが出来ると共に、管路
振動ノイズも打ち消す事が出来る。以下、実施例に基づ
き詳細に説明する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の要部構
成説明図、図２は図１の斜視図、図３は図１の要部詳細
図，図４は図３の平面図、図５、図６は図１の電気回路
図、図７は図１の動作説明図である。

【００１９】図において、渦発生体本体１１は、リング
状をなしている。この場合は、断面三角形状をなす。

【００２０】固定リング１２は、この渦発生体本体１１
の上流側に設けられ、この渦発生体本体１１と同一の外
周面を有し、一端面が渦発生体本体１１の一端面に接続
され、殆どカルマン渦を発生することの無い薄肉筒状を
なしている。

【００２１】支持部材１３は、渦発生体本体１１のカル
マン渦の発生に影響を与え無いように、渦発生体本体１
１より上流の所定距離Ａの固定リング１２の外周面に一
端が固定され、他端が測定管路１４に固定され、柱状を
なしている。

【００２２】振動センサ１５は、測定管路１４の支持部
材１３の固定部分に、測定管路１４の中心軸を挟んで少
なくとも２個設けられている。

【００２３】この場合は、図３，図４に示す如く、測定
管路１４の支持部材１３の固定部分に、測定管路１４の
中心軸を挟んで、一方側の支持部材１３の中心軸より上
流側に設けられた第１の振動センサ１５１と、一方側の
支持部材１３の中心軸より下流側に設けられた第２の振
動センサ１５２とが、測定管路１４の薄肉部１４１に設
けられている。

【００２４】また、測定管路１４の他方側の支持部材１
３の中心軸より上流側に設けられた第３の振動センサ１
５３と、他方側の支持部材１３の中心軸より下流側に設
けられた第４の振動センサ１５４との４個の振動センサ
が、測定管路１４の薄肉部１４１に設けられている。

【００２５】しかして、図５に示す如く、管路振動ノイ
ズが小さい場合に使用される第１の信号処理回路１６
は、第１の振動センサ１５１の出力又は第２の振動セン
サ１５２の出力と、第３の振動センサ１５３の出力又は
第４の振動センサ１５４１の出力をインバータ１６１を
介して、差動増幅器１６２により演算して、第１〜第４
振動センサ１５１〜１５４が検出した、渦発生体本体１
１の振動ノイズＮ₁₁，Ｎ ₁₂，Ｎ₁₃，Ｎ₁₄（Ｎ₁₁＝Ｎ₁₁＝
−Ｎ₁₃＝−Ｎ₁₄）を除去する回路である。

【００２６】図６に示す如く、管路振動ノイズが大きい
場合に使用される第２の信号処理回路１７は、第１振動
ノイズ除去回路１７１にて、第１の振動センサ１５１の
出力と、第３の振動センサ１５３の出力をインバータ１
７１１を介して、差動増幅器１７１２により演算して、
第１，第３振動センサ１５１，１５３が検出した、渦発
生体本体１１の振動ノイズＮ₁₁，Ｎ₁₃（Ｎ₁₁＝−Ｎ₁₃）
を除去する。

【００２７】第２振動ノイズ除去回路１７２にて、第２
の振動センサ１５２の出力と、第４の振動センサ１５４
の出力をインバータ１７２１を介して、差動増幅器１７
２２により演算して、第２，第４振動センサ１５２，１
５４が検出した、渦発生体本体１１の振動ノイズＮ₁₂，
Ｎ₁₄（Ｎ₁₂＝−Ｎ₁₄）を除去する。

【００２８】第１振動ノイズ除去回路１７１と第２振動
ノイズ除去回路１７２との出力を第３振動ノイズ除去回
路１７３で減算して、第１〜第４振動センサ１５１〜１
５４が検出した、管路振動ノイズＮ₂₁，Ｎ₂₂，Ｎ₂₃，Ｎ
₂₄（Ｎ₂₁＝Ｎ₂₂＝Ｎ₂₃＝Ｎ₂₄）を除去する。

【００２９】以上の構成において、測定管路１４に測定
流体ＦＬ_oが流されると、リング渦流量計本体１１の下
流には、カルマン渦が発生する。このカルマン渦発生の
周波数は、測定流体ＦＬ_oの流速或いは流量に比例する
ので、カルマン渦発生の周波数を測定することにより、
測定流体ＦＬ_oの流速或いは流量が測定される。

【００３０】しかして、図４に示す如く、支持部材１３
の中心軸が、第１〜第４の振動センサ１５１，１５２，
１５３，１５４のほぼ中心に位置する。

【００３１】発生したは渦信号Ｓは、第１の振動センサ
１５１の信号Ｓ₁と第２の振動センサ１５２の信号Ｓ₂で
は逆相に、また、第３の振動センサ１５３の信号Ｓ₃と
第４の振動センサ１５４の信号Ｓ₄では逆相になる（Ｓ₁
＝−Ｓ₂＝Ｓ₃＝−Ｓ₄）。

【００３２】渦発生体本体１１の振動ノイズＮ₁は、第
１の振動センサ１５１のノイズ信号Ｎ₁₁と第３の振動セ
ンサ１５３のノイズ信号Ｎ₁₃では逆相に、また、第２の
振動センサ１５２のノイズ信号Ｎ₁₂と第４の振動センサ
１５４のノイズ信号Ｎ₁₄では逆相になる（Ｎ₁₁＝Ｎ₁₂＝
−Ｎ₁₃＝−Ｎ₄）。

【００３３】管路振動ノイズＮ₂は、第１の振動センサ
１５１の管路振動ノイズ信号Ｎ₂₁、第２の振動センサ１
５２の管路振動ノイズ信号Ｎ₂₂、第３の振動センサ１５
３の管路振動ノイズ信号Ｎ₂₃と第４の振動センサ１５４
の管路振動ノイズ信号Ｎ₂₄とは同相になる（Ｎ₂₁＝Ｎ₂₂
＝Ｎ₂₃＝Ｎ₂₄）。

【００３４】従って、管路振動ノイズＮ₂が小さい場合
には、第１の信号処理回路１６により、簡易に渦発生体
本体１１の振動ノイズＮ₁を打ち消すことが出来る。管
路振動ノイズＮ₂が大きい場合には、第２の信号処理回
路１７により、渦発生体本体１１の振動ノイズＮ₁を打
ち消すことが出来ると共に、管路振動ノイズＮ₂も打ち
消す事が出来る。

【００３５】この結果、（１）図７に示す如く、固定リング１２の上流端のエッ
ジ部１２１で発生する測定流体ＦＬ_oの流れの乱れＢは
小さい。

【００３６】また、支持部材１３は、渦発生体本体１１
のカルマン渦の発生に影響を与え無いように、渦発生体
本体１１より上流の所定距離Ａの固定リング１２の外周
面に一端が固定され、他端が測定管路１４に固定されて
いるので、支持部材１３での測定流体ＦＬ_oの流れの乱
れＣが、渦発生体本体１１に与える影響は小さい。

【００３７】従って、渦発生体本体１１から発生するカ
ルマン渦Ｄが安定になり、Ｓ／Ｎ比が良好で、広いレイ
ノルズ数範囲で安定した測定が出来るリング渦流量計が
得られる。

【００３８】（２）測定管路１４の支持部材１３の固定
部分に、測定管路１４の中心軸を挟んで少なくとも２個
の振動センサ１５が設けられれば、渦発生体本体１１の
振動ノイズを打ち消すことが出来、耐ノイズ特性が良好
なリング渦流量計が得られる。

【００３９】（３）少なくとも２個の振動センサ１５の
出力信号を、加算処理してカルマン渦信号を検出する第
１の信号処理回路１６が設けられれば、渦発生体本体１
１の振動ノイズを、簡潔な回路構成により、打ち消すこ
とが出来、安価で、耐ノイズ特性が良好なリング渦流量
計が得られる。

【００４０】（４）測定管路１４の支持部材１３の固定
部分に、測定管路１４の中心軸を挟んで一方側の、支持
部材１３の中心軸より上流側に設けられた第１の振動セ
ンサ１５１と、支持部材１３の中心軸より下流側に設け
られた第２の振動センサ１５２と、他方側の支持部材１
３の中心軸より上流側に設けられた第３の振動センサ１
５３と、支持部材１３の中心軸より下流側に設けられた
第４の振動センサ１５４とが設けられた。

【００４１】従って、渦発生体本体１１の振動ノイズＮ
₁を打ち消すことが出来るとともに、管路振動ノイズＮ₂
をも打ち消すことが出来、耐ノイズ特性が良好なリング
渦流量計が得られる。

【００４２】（５）第１の振動センサ１５１と第３の振
動センサ１５３との出力を加算して、第１の振動センサ
１５１と第３の振動センサ１５３とが検出した、渦発生
体本体１１の振動ノイズＮ₁を除去する第１振動ノイズ
除去回路１７１と、第２の振動センサ１５２と第４の振
動センサ１５４との出力を加算して、第２の振動センサ
と第４の振動センサとが検出した渦発生体本体の振動ノ
イズを除去する第２振動ノイズ除去回路１７２と、第１
振動ノイズ除去回路１７１と第２振動ノイズ除去回路１
７２との出力を減算して、第１乃至第４の振動センサ１
５１，１５２，１５３，１５４が検出した管路振動ノイ
ズＮ₂を除去する第３振動ノイズ除去回路１７３とが設
けられた。

【００４３】従って、渦発生体本体１１の振動ノイズＮ
₁と共に、管路振動ノイズＮ₂をも簡潔な回路構成によ
り、打ち消すことが出来、安価で、耐ノイズ特性が良好
なリング渦流量計が得られる。

【００４４】（６）振動センサ１５として圧電素子が使
用されれば、高いキュリー温度を有する圧電素子を選択
したので、高温まで使用出来、また、電力の供給が不要
であり、センサ部が安価で信頼性の高いリング渦流量計
が得られる。

【００４５】（７）渦発生体本体１１の断面形状が三角
形であるようにされれば、カルマン渦発生部分が、角状
に出来、カルマン渦の発生がより安定になり、渦信号の
測定が正確に出来、精度が良好なリング渦流量計が得ら
れる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１によれば、固定リングの上流端で発生する測定流
体の流れの乱れは小さい。

【００４７】また、支持部材は、渦発生体本体のカルマ
ン渦の発生に影響を与え無いように、渦発生体本体より
上流の所定距離の固定リングの外周面に一端が固定さ
れ、他端が測定管路に固定されているので、支持部材で
の測定流体の流れの乱れが、渦発生体本体に与える影響
は小さい。

【００４８】従って、渦発生体本体から発生するリング
渦が安定になり、Ｓ／Ｎ比が良好で、広いレイノルズ数
範囲で安定した測定が出来るリング渦流量計が得られ
る。

【００４９】本発明の請求項２によれば、測定管路の支
持部材の固定部分に、測定管路の中心軸を挟んで少なく
とも２個の振動センサが設けられたので、渦発生体本体
の振動ノイズを打ち消すことが出来、耐ノイズ特性が良
好なリング渦流量計が得られる。

【００５０】本発明の請求項３によれば、少なくとも２
個の振動センサの出力信号を加算処理してカルマン渦信
号を検出する第１の信号処理回路が設けられたので、渦
発生体本体の振動ノイズを簡潔な回路構成により、打ち
消すことが出来、安価で、耐ノイズ特性が良好なリング
渦流量計が得られる。

【００５１】本発明の請求項４によれば、測定管路の支
持部材の固定部分に、測定管路の中心軸を挟んで一方側
の、支持部材の中心軸より上流側に設けられた第１の振
動センサと、支持部材の中心軸より下流側に設けられた
第２の振動センサと、他方側の支持部材の中心軸より上
流側に設けられた第３の振動センサと、支持部材の中心
軸より下流側に設けられた第４の振動センサとが設けら
れた。

【００５２】従って、渦発生体本体の振動ノイズを打ち
消すことが出来るとともに、管路振動ノイズをも打ち消
すことが出来、耐ノイズ特性が良好なリング渦流量計が
得られる。

【００５３】本発明の請求項５によれば、第１の振動セ
ンサと第３の振動センサとの出力を加算して第１の振動
センサと第３の振動センサとが検出した渦発生体本体の
振動ノイズを除去する第１振動ノイズ除去回路と、第２
の振動センサと第４の振動センサとの出力を加算して第
２の振動センサと第４の振動センサとが検出した渦発生
体本体の振動ノイズを除去する第２振動ノイズ除去回路
と、第１振動ノイズ除去回路と第２振動ノイズ除去回路
との出力を減算して、第１乃至第４の振動センサが検出
した管路振動ノイズを除去する第３振動ノイズ除去回路
とが設けられた。

【００５４】従って、渦発生体本体の振動ノイズと共
に、管路振動ノイズをも簡潔な回路構成により、打ち消
すことが出来、安価で、耐ノイズ特性が良好なリング渦
流量計が得られる。

【００５５】本発明の請求項６によれば、振動センサと
して圧電素子が使用されたので、高いキュリー温度を有
する圧電素子を選択したので、高温まで使用出来、ま
た、電力の供給が不要であり、センサ部が安価で信頼性
の高いリング渦流量計が得られる。

【００５６】本発明の請求項７によれば、渦発生体本体
の断面形状が三角形であるようにしたので、カルマン渦
発生部分が、角状に出来、カルマン渦の発生がより安定
になり、渦信号の測定が正確に出来、精度が良好なリン
グ渦流量計が得られる。

【００５７】従って、本発明によれば、Ｓ／Ｎ比が良好
なリング渦流量計を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の斜視図である。

【図３】図１の要部詳細説明図である。

【図４】図３の平面図である。

【図５】図１の電気回路説明図である。

【図６】図１の電気回路説明図である。

【図７】図１の動作説明図である。

【図８】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【符号の説明】

１１渦発生体本体１２固定リング１２１エッジ部１３支持部材１４測定管路１４１薄肉部１５振動センサ１５１第１の振動センサ１５２第２の振動センサ１５３第３の振動センサ１５４第４の振動センサ１６第１の信号処理回路１６１インバータ１６２差動増幅器１７第２の信号処理回路１７１第１振動ノイズ除去回路１７１１インバータ１７１２差動増幅器１７２第２振動ノイズ除去回路１７２１インバータ１７２２差動増幅器１７３第３振動ノイズ除去回路Ｓカルマン渦信号Ｎ₁ 渦発生体本体１１の振動ノイズＮ₂ 管路振動ノイズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定管路に挿入された渦発生体により発生
するカルマン渦周波数を検出して流量を測定するリング
渦流量計において、リング状の渦発生体本体と、この渦発生体本体の上流側に設けられこの渦発生体本体
と同一の外周面を有し一端面が前記渦発生体本体の一端
面に接続され殆どカルマン渦を発生することの無い薄肉
筒状の固定リングと、前記渦発生体本体のカルマン渦の発生に影響を与え無い
ように前記渦発生体本体より上流の所定距離の前記固定
リングの外周面に一端が固定され他端が前記測定管路に
固定される柱状の支持部材とを具備したことを特徴とす
るリング渦流量計。
【請求項２】前記測定管路の前記支持部材の固定部分に
前記測定管路の中心軸を挟んで少なくとも２個設けられ
た振動センサを具備したことを特徴とする請求項１記載
のリング渦流量計。
【請求項３】前記少なくとも２個の振動センサの出力信
号を加算処理してカルマン渦信号を検出する第１の信号
処理回路を具備したことを特徴とする請求項２記載のリ
ング渦流量計。
【請求項４】前記測定管路の前記支持部材の固定部分に
前記測定管路の中心軸を挟んで一方側の前記支持部材の
中心軸より上流側に設けられた第１の振動センサと前記
支持部材の中心軸より下流側に設けられた第２の振動セ
ンサと、他方側の前記支持部材の中心軸より上流側に設けられた
第３の振動センサと前記支持部材の中心軸より下流側に
設けられた第４の振動センサとを具備したことを特徴と
する請求項１記載のリング渦流量計。
【請求項５】前記第１の振動センサと前記第３の振動セ
ンサとの出力を加算して前記第１の振動センサと前記第
３の振動センサとが検出した渦発生体本体の振動ノイズ
を除去する第１振動ノイズ除去回路と前記第２の振動セ
ンサと前記第４の振動センサとの出力を加算して前記第
２の振動センサと前記第４の振動センサとが検出した渦
発生体本体の振動ノイズを除去する第２振動ノイズ除去
回路と前記第１振動ノイズ除去回路と前記第２振動ノイ
ズ除去回路との出力を減算して前記第１乃至第４の振動
センサが検出した管路振動ノイズを除去する第３振動ノ
イズ除去回路とを有する第２の信号処理回路を具備した
ことを特徴とする請求項４記載のリング渦流量計。
【請求項６】前記振動センサとして圧電素子が使用され
たことを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れかに記
載のリング渦流量計。
【請求項７】前記渦発生体本体の断面形状が三角形であ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記
載のリング渦流量計。