JPS58158517A - 流量または流速測定装置 - Google Patents

流量または流速測定装置

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JPS58158517A
JPS58158517A JP57043556A JP4355682A JPS58158517A JP S58158517 A JPS58158517 A JP S58158517A JP 57043556 A JP57043556 A JP 57043556A JP 4355682 A JP4355682 A JP 4355682A JP S58158517 A JPS58158517 A JP S58158517A
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JP
Japan
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flow rate
operational amplifier
temperature
heat
measuring device
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Pending
Application number
JP57043556A
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English (en)
Inventor
Shunichi Wada
俊一 和田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to AU91431/82A priority patent/AU556958B2/en
Priority to US06/449,618 priority patent/US4497203A/en
Priority to EP82111715A priority patent/EP0089415B1/en
Priority to DE8282111715T priority patent/DE3273071D1/de
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring 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
    • G01F1/20Measuring 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
    • G01F1/32Measuring 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
    • GPHYSICS
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    • G01F1/3287Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl circuits therefor

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  • Fluid Mechanics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、渦の生成数を検出して流速または流量を測
定する流量または流量測定装置に関し、特に、カルマン
渦またはスワール渦の生成数をたとえば熱線を用いて検
出するようにしたものである。
従来のこの種の装置は実公昭48−14448号公報に
提示されている。この従来例の場合には渦発生体全構成
する柱状物体に設けた貫j)D孔内に熱線を設け、渦の
生成数を検出するものであったこの公報でも指摘されて
いるように、被測定流体中に裸の熱+w全配置させ熱線
のアナログ的な冷却変化を検出するものでは、流速の変
化により渦の変化に対応した信号の検出感度が変り、周
波数特性が悪いなどの欠点があった。
さらに、渦発生体の後流に1対の裸の熱線ヲ設け、−両
方の熱線を−f:れぞれ定温度制御するようにしてそれ
ぞれの熱線の制御信号の差信号により渦信号を検出しよ
うとした場合には、−f:ヵ、それの熱線に使用した演
算増巾器の特性の差によって各々の検出信号に差が生じ
、安定な検出が望めないと云う欠点があった。
また、演算増巾器のばらつきによっては起動しないこと
もおりうる。刀nえて、被測定流体の温度が変化すると
熱線の抵抗も変り、その検出感度が変り、これにょクオ
重々の影響を受ける欠点がある。
この発明は、上記従来の欠点を除去するためになさ′!
′Lだもので、定温度制御回路の演算増幅器の入力にオ
フセット’lもたせて、周波数特性を良好にするととも
に、いがなる場合にも安定に起動できる流量″または流
速3111定装置を提供すること全目的とする。
以下、図面に基づきこの発明の流量または流速測定装置
の実施例について図面に基づき説明する。
第1図(aJは七の一実施例における導管および渦発生
体を示す図であり、第1図(b)は第1図(alにおけ
る渦発生体を取り出して示す拡大斜視図である。
この第1図(a)、第1図tbtの両図において、1は
導管、2は渦発生体、3は熱線4および5の支柱である
。この第1図+aHR1図(blのように構成された渦
発生体2の後流・には規則的々カルマン渦が生成され、
熱線4,5は左右の両列により規則的に交互に冷却され
る。なお、第1図(aJの矢印A!は流体の流れの方向
を示している。
第2図はこの発明の流量または流速測定装置の電気的回
路図である。この第2図において第1図(klに示した
熱線4,5の各一端はアースされ、熱線4の他端は演算
増幅器21の反転入力端に接続] されているとともに、抵抗23を介してトランジスタ3
9のエミッタに接続式れている。このエミッタと抵抗2
3との接続点Piは抵抗25〜27を介してアースされ
ており、抵抗25に並列にサーミスタ31が接続さn、
ている。抵抗26と27との接続点は抵抗33を介して
演算増幅器2、lの非反転入力端に接続されている。
演算増幅器21の出力端は抵抗36を介してアースてれ
、さらに抵抗35全通してトランジスタ39のペースに
接続されている。トランジスタ39のコレクタにはVc
cの電圧が印加されている。
かくして、熱線4、抵抗23.25〜27、サーミスタ
31とにより、熱線4を定温度に制御するためのブリッ
ジ回路を構成しておシ、また抵抗、33 、35 、3
6演算増幅器211 トランジスタ39とにより帰還回
路を構成している。そして、トランジスタ39のエミッ
タにおいて、カルマン渦により冷却された熱線4の検出
出力Vlが出力される。
トランジスタ39のエミッタはコンデンサ41、抵抗4
2を介して演算増幅器48の反転入力端に接続されてい
る。この演算増幅器48の出刃端と反転入力端間には抵
抗43が接続されている。
同様にして、熱線5の他端は抵抗24を介してトランジ
スタ4oのエミッタに接続され、このエミッタと抵抗2
4との接続点P2は抵抗28〜3゜を介してアース場九
、抵抗28と並列にサーミスタ32が接続芒れている。
抵抗29と30との接続点は抵抗34を介して演算増幅
器22の非反転入力端に接続塾れでいる。この演算増幅
器22の反転入力端は熱線5の他端に接続されている。
演算増幅器22の出力端は抵抗38を介してアースされ
、抵抗37を経てトランジスタ40のベースに接続され
ている。トランジスタ40のコレクタはVccの電圧が
印加芒れている。
かくして、熱線5、抵抗24.28〜30、サーミスタ
32とにより熱線5を定温度に制御するためのブリッジ
回路全構成しており、抵抗34゜37.38、)ランラ
スタ40.演算増幅器22とにより、帰還回路全構成し
ている。そして、熱線5の検出出力はトランジスタ40
のエミッタにおいて、V2として現われるようになって
いる。
トランジスタ40のエミッタはコンデンサ44、抵抗4
5全介して演算増幅器48の非反転入力端に接続をれて
いる。この非反転入力端は抵抗46全通して電圧VCC
が印加されているとともに、抵抗47を介してアースさ
れている。
コンデンサ41.44、抵抗42,43.45〜47、
演算増巾器48は前記検出出力vt 、 V2中に含ま
れるカルマン渦の検出出方のみを取り出して増巾する回
路で、渦検出出力Va ’に出力する。
演算増幅器48の出力端は電圧比較器49の反転入力端
に接続さnており、この電圧比較器49の非反転入力端
は抵抗5oと51との接続点に接続されている。抵抗5
0と51との直列回路は電圧VCCの電源とアース間に
接続でれている。電圧比較器49の出力端と非反転入力
端間には抵抗52が接続されており、この出力端には抵
抗53全通して電圧vCCが印加されているとともに、
周波数出力V4 k出力するようになっている。
この抵抗50〜53、電圧比較器49の回路は上記渦検
出出力Vs k □”ルス用力V4に変換する波形整形
回路である。
次に、以上のように構成されたこの発明の流量または流
速測定装置の電気回路の動作について説   明する。
演算増巾器21.22の入力の差動増巾器を構成するト
ランジスタはPNP型であるもの(たとえば日本電気株
式会社表のupc451c)とする。さらに抵抗23.
24および熱線4.5の抵抗値に比べて、抵抗25〜3
0,33.34の抵抗値は太きいものとする。
このようにすると、演算増巾器21.22の特性により
、演算増巾器の入力バイアス電流によるオフセット電圧
は、非反転入力端の方が必ず高くなる。この状態をより
解り易く理解するために第3図の等価回路図と、第4図
の動作点のグラフを参照して説明する。
第3図において、101は抵抗R3,102は熱線でそ
の抵抗値をRH,103は抵抗R1% 104は抵抗&
 、106は演算増巾器で入出力の端子電圧をv++v
−+Voとする。105は端子電圧V+。
■−間に現われるオフセット電圧Vo sとする。
この場合 定常状態では V十=V−・・・・・・・・・(3)の
関係式が成り立つ。
この関係式とVO8,VOとの関係を表わしたのが第4
図(al 〜(C1であり第4図(a)のVo s =
 0の場合にはV十とV−とは常に一定であり、通常の
熱線流速計として使用する場合にはこの関係でなければ
ならない。
しかし、あ捷りにもV(1s==Qに近ずけていくと遂
には第4図1(c)のVOs (0となシ、Voが零と
なるとV−>V十となり永久に回路が動作しない状態と
なってし1つ。したがって、この回路が安定に動作する
ためにばVOS≧0でなければならない。
さらに、第4図(blに示すようにvos>oとすると
、voが太きくなるにしたがってV+=V−となるため
のV−の傾むきが小でくなって行く。これは熱#102
の抵抗RHを小ざくすること、すなわち熱線の制御温度
′(i−Voの増大に応じてわずかに下げて行くことを
意味し、熱線の応答遅れ、演算増巾器の応答遅れなどよ
り由来する動特性の安定性を改善できる効果がある。
この効果は通常の熱線流速計としての用途には、出力の
誤差となって表わjl、むしろ害となるものであるが、
渦信号によるAC成分の検出の周波数特性の改良には多
大の効果を発揮する。
第2図においては生に抵抗33.34の値と演算増巾器
21.22の入力バイアス電流によりVoSが設定され
る。このために得ら力、るVOSの値に自由度が少ない
と云う欠点がある。
さらに、第4図を見ても明らかなように、出力電圧VO
が小さいときに特にV。Sの効果が大が<V。
が大きくなると効果が小さくなってしまう欠点がある。
第5図は上記第2図の実施例の欠点を改良するためにな
されたこの発明の他の実施例である。この第5図は演算
増幅器21.22の各非反転入力端に抵抗61とダイオ
ード62の直列回路、抵抗63とダイオード・64の直
列回路をそれぞれ介してアースされておシ、その他の構
成は第2図と同様である。このような構成においてはV
o= 0 (すなわちV l= 0 、 V2 = 0
 )の場合のオフセット電圧は抵抗23、熱線4、およ
び抵抗25〜27、サーミスタ31の抵抗値によって決
まる値で、第3図の等価回路に換算してV6s≧0とな
るように設定する。
次に、Vo(つま!1lV1およびV2)がダイオード
62.64の順方向ドロップよジも大きくなると、抵抗
61.63およびダイオード62.64の効果が現われ
てくる。ダイオード62.64の代わりに任意の電圧値
の定電圧素子を用いれば’Vo(つまりVl、 V2 
)に対応する熱線の設定温度の関係全任意にプログラム
することができる。
これと同じ方法をブリップの他の辺に付加しても同様の
効果が期待できることは云うまでもない。
また、複数個取っ付けて多重折線近似のような複雑な函
数に設定できることも云うまでもない。
なお、第2図、第5図中に示すサーミスタ31゜32は
被測定流体の温度全検出するもので、これによp流体の
温度が変っても検出出力v3の感度が大きく変ると云う
欠点は解決できる。
なお、上記第2図および第5図で示した実施例では熱線
を演算増巾器の非反転入力端子とグランド端子間に接続
し7たが、帰環回路の条件が成立するように他の辺に移
動させても同様の効果が期待できる。
また熱線4,5はサーミスタ、ポジスタなどの他の感熱
素子であってもよい。流体の温度を検出するサーミスタ
31.32は熱線、サーミスタ、ポジスタなどの他の感
熱素子であってもよい。
なお、この実施例では2本の熱線を用いたカルマン渦流
量計について述べたが、スワール式渦流量計であっても
同様の効果が期待できることは云うまでもない。
以上説明した通り、この発明の流量または流速測定装置
によれは、熱線をほぼ一定温度に制御するように熱線な
どの感熱素子の出力全演算増幅器に供給し、演算増幅器
の出力を感熱素子に帰還するようにして帰還回路を構成
し、演算増幅器の2入力端の入力信号間に演算増幅器の
出力の値に対応して所望のオフセット電圧を与えるよう
にしたので、簡単な回路構成で、回路動作の初期起動と
動作安定性に著しく改善できる効果がある。
芒らに、たとえばカルマン渦を2本の熱線の差信号で検
出しようとする場合に二つの演算増巾器にオフセット電
圧、周波数特性などのばらつきがあっても、容易に独立
にバランスさせることができ、周波数特性を良好にでき
ると云う効果がある。
また演算増巾器自身にオフセット電圧調整の機能が備わ
っていなくても、すべて外部入出力端子で設定できるた
め、安価な汎用の素子で所望の機能が実現できる効果が
める。
さらに、被測定流体の温度変化が生じても、渦の検出感
度に伺ら影響を与えず、この検出感度を適正値に制御で
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はこの発明の流量または流速測定装置に適
用される導管内の渦発生体および熱線を示す図、第1ぶ
j(b)は同上渦発生体と熱線の拡大斜視図、第2図は
この発明の流量または流速測定装置の−実施例の構成を
示す回路図、第3区1は同上流量または流速測定装置に
おける黙約の定温度制御部の等価回路図、第4図(aJ
ないし第4図1(c)は第3図の等価回路図における演
算増幅器の出力電圧対入力電圧の関係を示すグラフ、第
5図はこの発明の流1:または流速測定装置の他の実施
例を示す回路図である。 l・・・導管、2・・・渦発生体、4.5,102・・
・熱m 、  2 3 〜 コSO,:云13〜3 8
  、 4 2  、 4 3  、 4 5〜47.
50〜53 、61 、 fi 3 、101 、10
3゜104・・・抵抗、21,22,102・・・演算
増幅器、39.40・・・トランジスタ、41.44・
・・コンデンサ、48.49・・・電圧比較器、62.
64・・・ダイオード。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人  為 野 信 − 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)被測定流体中に設けられた渦発生体、この渦発生
    体により流体流量全流体的な渦の変化としてとらえ、こ
    の流体的な渦の変化金少なくとも1個の感熱素子の冷却
    を利用して得られた検出信号全演算増巾器で増巾し、こ
    の演算増幅器の出力全前記感熱素子の温度がほぼ一定温
    度となるようにこの感熱素子に帰還するとともに、演算
    増巾器の出力に対応して前記感熱素子の設定温度が変化
    するように帰環回路を構成したことを特徴とする流量ま
    たは流速測定装置。 (2)感熱素子は熱線で構成され、この熱線?含むブリ
    ッジ回路に熱線がほぼ定温度になるように演算増幅器の
    出力全帰環するようにし、演算増幅器の2人力信号間に
    所望のオフセント電圧を与えたこと全特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の流量または流速測定装置。 (31感熱素子は熱線で構成されこの熱線を含むブリッ
    ジ回路に熱線がほぼ定温度に々るように演算増幅器の出
    力全帰環し、ブリッジ回路の少なくとも1辺にオフセッ
    ト電圧を与えるようにブリッジ回路を構成することを特
    徴とする請求 第1項記載の流量または流速測定装置。 (4ンオフセツト電圧を与えるブリッジの回路は抵抗と
    定電圧菓子とによシ構成さj−た回路網であることを特
    徴とする特許請求の範囲第3項記載の流量または流速測
    定装置。 (5)ブリッジ回路の少なくとも1辺を被測定流体の温
    度を検出できるように配置した感温素子を含む回路網で
    構成し、前記感熱素子の温度の目標値を前記w2測測定
    体の温度に応じて変化芒せて流体変位の検出温#をほほ
    一定に保持するようにしたことを特徴とする特許請求の
    範囲第2項ないし4項記載の流量または流速測定装置。 (6)オフセット電圧の作用の割合が演算増巾器の出力
    に対応して変化するようにしたことを特徴とする%許請
    求の範囲第2ないし第5項記載の流量又は流速測定装置
    。 (7)渦の変化全検出する感熱索子は被測定流体の流れ
    の中に直接δらされるように配設きれていること全特徴
    とする特許請求の範囲第1ないし第6項記載の流量また
    は流速測定装置。
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AU91431/82A AU556958B2 (en) 1982-03-15 1982-12-13 Measurement of flow velocity
US06/449,618 US4497203A (en) 1982-03-15 1982-12-14 Apparatus for measuring flow velocity
EP82111715A EP0089415B1 (en) 1982-03-15 1982-12-16 Apparatus for measuring flow velocity
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5642110A (en) * 1979-09-17 1981-04-20 Nissan Motor Co Ltd Detector for flow velocity or flow rate

Patent Citations (1)

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JPS5642110A (en) * 1979-09-17 1981-04-20 Nissan Motor Co Ltd Detector for flow velocity or flow rate

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