JPS58158518A

JPS58158518A - 流量または流速測定装置

Info

Publication number: JPS58158518A
Application number: JP57043557A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Wada; 俊一和田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-03-15
Publication date: 1983-09-20
Also published as: EP0088827A1; AU552272B2; AU9105882A; KR840001334A; EP0088827B1; DE3275865D1; US4485680A

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、カルマン渦またはスワール渦の生成数を、
たとえば、熱線を用いて検出し、開側範囲を拡大できる
ようにした流量または流速測定装置に関する。

この種の装置は特開昭５３−１３１８６５号に提案され
ておシ、出力周波数を周波数→直流変換（以下、Ｆ−、
Ｖ変換と云う）して得られた値をフィードバックし、サ
ーミスタ電流を供給するものであった。

この方式では、サーミスタを定電流制御しているために
検出感度の周波数特性が、極端に低く、さらに出力周波
数をＦ、Ｖ変換した値でフィードバック制御を行ってい
るために、高速応答がＦ−＋Ｖ変換回路の時定数により
制約される欠点がある。

さらに、フィードバック制御を行うことは広い流量範囲
にわたって補正が必ワと云うことである。

それだけフィードバック回路の設定が正確である必要が
あシ、回路が仲雑となる欠点がある。

また、たとえば他の感熱素子を用いたとしても、フィー
ドバック制御回路により感熱素子の温度もしくは電流を
補正する時定数と、渦による冷却の時定数を十分に離し
ておかないと渦の信号成分そのものが消されてし丑う。

その反面、フィードバックーロ′−古の時定数を十分に
長く取ると流量の急変時に検出出力が乱れてしまうどこ
ろが感熱素子が過熱により損傷を受けてしまう場合もあ
りうる。

この発明は、上記従来の欠点を除去するためのもので、
非常に簡単な回路構成で渦流量計の最大の特徴の一つの
広い検出流量範囲を実現できる流量または流速計］定装
置を提供することを目的とする。

以下、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（ａ）はこの発明に
適用される流体中の渦発生体を示す図であり、第１図（
ｂ）は第１図（ａ）における渦発生体の拡大斜視図であ
る。この第１図（ａ）、第１図（ｂ）の両図において、
■は導管、２は渦発生体、３は熱線４および５の支柱で
ある。まだ、第１図（ａ）における矢印Ａ　ｔｄ　Ｍｆ
、体の流れの方向を示す。図示のように構成された渦発
生体２の後流には規則的なカルマン渦が生成され、熱線
４，５は左右の渦動によシ規則的に交互に冷却される。

第２図はこの発明の流量まだは流速測定装置の電気的な
接続を示す回路図である。この第２図において熱線４，
５の各一端はアースされ、熱線４の他端は演算増幅器２
１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３９のエミッタに接続されている。

このエミッタと抵抗２３との接続点Ｐ１は抵抗２５〜２
７を直列に介　　　・してアースされ、抵抗２５に並列
にサーミスタ３１が接続されている。

抵抗２６と２７との接続点は演算増幅器２１の非反転入
力端に接続されており、この非反転入力端は抵抗６１と
ダイオード６２を介してアースされているとともに、電
圧比較器７８の出力端にダイオード７６と抵抗６７との
直列回路を通して接続されている。

上記熱線４、抵抗２３．２５〜２７、サーミスタ３１と
によりブリッジ回路が構成されている。

また、演算増幅器２１、トランジスタ３９を主体にした
装置回路と上記ブリッジ回路とより熱線４を定温変に制
御するようになっている。

演算増幅器２１の出力端は抵抗３５を介してトランジス
タ３９０ベースに接続され、かつ抵抗３６を介してアー
スされている。トランジスタ３９のコレクタにけＶｃｃ
Ｌニア）電圧が印加され、エミッタにはカルマン渦によ
り冷却された熱線４の検出出力として、■１の出力が現
われるようになっ゛ている。

トランジスタ３９のエミッタはコンデンサ４１と抵抗′
４２を介して演算増幅器４８の反転入力端に接続されて
いる。演算増幅器４８の反転入力端と出力端間には抵抗
４３が接続され、また、演算増幅器４８の非反転入力端
は接続点■）２に接続されている。この接続点Ｐ２には
抵抗４６を介してＶｃｃの電圧が印加され、丑だ、抵抗
４７を介してアースされている。

同様にして、上記熱線５の他端は演算増幅器２２０反転
入力端に接続されており、寸だ、抵抗２４を介してトラ
ンジスタ４０のエミッタに接続されている。このエミッ
タと抵抗２４との接続点Ｐ３は抵抗２８〜３０を介して
アースされておシ、抵抗２８に並列にサーミスタ３２が
接続されている。

抵抗２９と３０との接続点は演算増幅器２２の非反転入
力端に接続されている。との非反転入力端は抵抗６３と
ダイオード６４の直列回路を介してアースされていると
ともに、抵抗６８とダイオード７５のａ列回路を介して
上記演算増幅器７８の出力端に接続されている。

熱線５、抵抗２４．２８〜３０、サーミスタ３２とによ
りブリッジ回路を構成しており、演算増幅器２２、トラ
ンジスタ４０を主体にして帰還回路を構成して、このブ
リッジ回路とともに熱線５を定温度に制御するようにな
っている。

演算増幅器２２の出力端は抵抗３７を介してトランジス
タ４０のベースに接続されているとともに、抵抗３８を
介しでアースされており、トランジスタ４０のコレクタ
にはＶｃｃの電圧が印加されている。そして、このエミ
ッタには、カルマン渦により冷却された熱線５で検出さ
れた出力Ｖ２が現われるようになっている。

トランジスタ４０のエミッタは抵抗６６を介して接続点
Ｐ４に接続されている。この接続点Ｐ４は抵抗６５を介
して上記トランジスタ３９のエミッタに接続され、抵抗
６７を介してアースされ、さらに、電圧Ｖ、を発生する
ようになっている。

また、トランジスタ４０のエミッタはコンデンサ４４と
抵抗４５を介して接続点Ｐ２に接続されている。かくし
て、演算増幅器４８の非反転入力端には、コンデンサ４
４と抵抗４５を介して出力Ｖ。

が印加され、また、反転入力端にはコンデンサ４１と抵
抗４２を介して出力■１が印加され、この出力■、とｖ
２の差信号を演算増幅器４８で増幅して、その出力端に
カルマン渦の検出出力ｖ３のみを取り出すようになって
いる。

演算増幅器４８の出力端は電圧比較器４９の反転入力端
に接続されている。この電圧比較器４９の非反転入力端
には抵抗５０を介してＶｃｃの電圧が印加され、また、
抵抗５１を介してアースされている。この非反転入力端
と出力端間には抵抗５２が接続され、さらに、出力端は
抵抗５３を介してＶｃｃの電圧が印加されている。

この電圧比較器４９は抵抗５０〜５３とともに、演算増
幅器４８の出力Ｖ、をパルス出−ｆＪＶ４に変換する波
形整形回路である。

一方、上記抵抗６５〜６７の回路は上記出力Ｖ。

とＶ、の和信号を出力する回路で、この値Ｖ、は被測定
流体の平均流速に対応したものである。この出力■、は
電圧比較器７７の非反転入力端に接続されている。電圧
比較器７７の反転入力端には抵抗６９を介してＶｃｃの
電圧が印加されており、また、抵抗７０を介してアース
されている。

この電圧比較器７７の出力端には抵抗７１を介してＶｃ
ｃの電圧が印加されており、抵抗７２を介して演算増幅
器７８の非反転入力端に接続されている。この非反転入
力端はコンデンサ７４を介してアースされている。演算
増幅器７８の出力端は抵抗７３を介してアースされ、さ
らに反転入力端に接続されている。

上記抵抗６９〜７１、電圧比較器７７は出力Ｖ。

の値が規定値ｖｔｈに達したかどうかの判定を行う回路
であり、出力Ｖ、が規定値以下ならば電圧比較器７７の
出力Ｖ０は「Ｌ」、規定値以上なら出力Ｖ、は「Ｈ」で
ある。

また、抵抗７２、コンデンサ７４は前記出力Ｖ６の遅延
回路で、切換時の速度を遅らせるためのものである。演
算増幅器７８、抵抗７３は出力■６の遅延信号を増巾す
るバッファ増幅器を構成し、出力ｖ７を出力する。

抵抗６７、ダイオード７６は熱線４の設定温度を切り変
えるためのもので、出力■、がｒＬＪの場合熱線４の温
度は低めに、出力Ｖ７がｒＨＪの場合には熱線４の温度
は高めに設定される。

さらに、ｒＨ，→明の中間レベルでは熱線４の温度は高
めと低めの間の中間の値を連続的に取シうる。

抵抗６８、ダイオード７５は熱線５の設ガ“温度を切シ
換えるだめのものであり、その作用は熱線４の場合と同
様である。

なお、サーミスタ３１．３２は流体の温度を検出し、熱
線４，５の設定温度を補正するためのものである。

次に、以上のように構成されたこの発明の流量または流
体測定装置の動作について説明する。熱線４，５で流体
の狗の変化を検出し、その検出出力Ｖ、　、　Ｖ２はぞ
れぞれトランジスタ３９．４０のエミッタに現われる。

そして、熱線４，５の渦の検出に応じてブリッジ回路の
バランスがくずれ、それに応じてそれぞれ演算増幅器２
１．２２の入力が変化し、その入力は演算増幅器２１．
２２、トランジスタ３９．４０で増幅され、その出力は
ブリッジ回路に帰還され、熱線４，５はほぼ一定温度に
制御される。

熱線４，５の検出出力Ｖ１．Ｖ２の差信号は演算増幅器
４６でカルマン渦の検出出力のみを取り出して増幅され
、出力Ｖ、を出力する。この出力Ｖ、は電圧比較器４９
に加えられ、パルス出力ｖ４による周波数出力として出
力される。

一方、熱線４，５による出力Ｖ、、Ｖ２の和信号Ｖ。

は比較器７７に加えられ、そとで、規定値ｖｔｈと比較
され、和信号■、が規定値ｖｔｈよシ大のときｒＨ。

レベルの出力Ｖ６が出力され、また信号Ｖ、が規定値ｖ
ｔｈよ）小の場合、　Ｌ」レベルの出力Ｖ、が出力され
る。

この出力Ｖ６は抵抗７２とコンデンサ７４の遅延回路で
遅延された後に演算増幅器７８で増幅され出力Ｖ、とな
る。この出力Ｖ７が’Ｌ、　Ｏとき、ダイオード７６と
抵抗６７を経て熱線４の温度を低めに設定し、ＩＨ，の
ときは高めに設定する。ｖ７がｒＨ。

と１Ｌ、Ｉの中間の場合には熱線４を中間の温度に設定
する。

同様に、出力■７がｒＬ、、ｌのとき、ダイオード７５
１と抵抗６８を介して熱線５の温度を低めに設定し、ｒＨ
，のときは高めに、さらに、　Ｈ，と　Ｌｌの中間「のときには熱線５の温度と中間に設定する。

第３図は流量または流速に対する出力Ｖ、の感度特性例
を示す。この第３図においてグラフ１０１は熱線の設定
温度が低い場合、グラフ１０２は熱線の設定温度を高く
した場合である。

定温度制御した熱線でカルマン渦を検出する場合には、
熱線および制御回路の改良により検出感度の周波数特性
をそれ自身でかなりよいものにてきる。このため、大流
量でのわずかな感度低下の部分だけを補正すればよい。

いま、流量または流速が小さいと、上述したように熱線
４で検出した出力ｖ２と熱線５で検出した出力■２との
和の出力Ｖ、の値は設定電圧ｖｔｈよりも低い。このと
き、出力Ｖ、、　Ｖ、は「Ｌ４となシ熱線４，５の設定
は低温側となる。この状態で流量まだは流速を増加させ
て行くと、第３図のグラフ１０１のＡ点を経てＢ点に到
達する。Ｂ点に到達すると出力ｖｓ−ｖｔｈとなり、出
力Ｖ６が１１Ｉｌへ反転する。

２出力Ｖ７は徐々にｌｊ　　、ｒＨｌへと上昇して行き、
熱」線４，５の設定温度が高温側へ除々に上昇して行き、出
力Ｖ、はＢ点から０点へ移動する。このときには、同一
流量、流速であっても出力Ｖ、の値はｖｔｈよりも高い
新しい値に設定される。さらに、流量または流速が上昇
すると出力Ｖ、は０点からＤ点へ移動して行き、出力■
３の検出感度が烏くなる。

次に流量または流速が減少して行く場合を考えると、出
力■、はＤ点−トＣ点→Ｅ点となり８点でＶ。

−ｖｔｈとなシ、出力■。が［Ｈ→「Ｌヨと逆転し、前
」述とは逆に熱線の温度が下降し、Ｅ点→Ａ点へと移動す
る。この熱線の高温と低温の温度差はあまり大きく取る
必要が々く切換回路の動作の応答性は、ｉｌ：、ｊ　（
ても大きな問題にはならない。

また、切換電圧ｖ、−ｖ’ｔｈに相当するｖＩｆ、ｉｔ
も極端に大流量のゾーンでのみ切り換えればよく、その
ような大流量時に安定な検出を可能とできる効果がある
。

このような装置により、約１５０倍のダイナミックレン
ジをさらに２００倍以上のダイナミックレンジにまで拡
大することができだ。

切換点の精度もあまり高くする必要もなく、回路も簡単
な構成で実現できる効果がある。また、切換を行わない
場合に比べて、低流量時の熱線の温度および制御回路の
消費電流、発熱などを低くすることができ、装置全体の
耐久性をも高めることができる。

なお、上記実施例では熱線を２本用いる場合について述
べたが、１本の場合にも適用できることは云うまでもな
い。また、カルマン渦検出装置について述べたが、スワ
ール渦式でも適用できる。

熱線以外のサーミスタ、ホジスタなどの感熱素子であっ
ても適用できる。

以上のように、この発明の流量または流速測定装置によ
れば、感熱菓子の冷却を利用して得られた検出信号を演
算増幅器で増幅し、この出力を感熱素子の温度がほぼ一
定となるように帰還するとともに、この演算増幅器の出
力に応じて感熱素子の設定温度を切シ換えるようにした
ので、検出出力の安定化、ダイナミックレンジの拡大を
達成できるものである。

【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
用される流体中の渦発生体を示す図、第１図（ｂ）は同
上渦発生体の拡大斜視図、第２図はこの発明の流量また
は流速測定装置の一実施例を示す回路図、第３図は同上
流量または流速測定装置における流−１または流速に対
する出力Ｖ、の感度特性図および切換時の順序を示す図
である。１・・・導管、２・・・渦発生体、４，５・・・熱線、
２１゜２２．４８，７７・・・演算増幅器、２３〜３０
．３５〜３８，４２，４３．４５〜４８．５０〜５３゜
６１．６３．６９〜７３・・・抵抗、３０，３１・・・
サーミスタ、３９．４０・・・トランジスタ、４１，４
４゜７４・・・コンデンサ、４９．７８・・・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ａ画部分を示す。代理人　　　葛　　野　　信　　− ５第１図

Claims

【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
体によシ上記被測定流体の流量を流体的な渦の変化とし
て検出する少なくとも１個の感熱素子、この感熱素子を
１辺とするブリッジ回路、上記感熱素子の冷却を利用し
て得られた検出信号を演算増巾器で増巾しこの増巾器の
出力を前記感熱素子の温度がほぼ一定温度となるように
感熱素子に帰還する回路、上記演算増巾器の出力により
上記感熱素子の設定温度を切り換える回路、上記感熱素
子で得られた信号を周波数の変化としてとらえる回路を
備えてなる流量または流速測定装置。
（２）設定温度は所定の設定温度から他の設定温度に切
り変えるのに所望の速度で連続的に切り変るようにした
ことを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。
（３）感熱素子は渦発生体の左右対称に設置された熱線
を使用しかっこの熱線はそれぞれほぼ一定温度に帰還制
御され両熱線の冷却にょシ得られる電気信号の差信号に
ょヤ渦の発生周波数信号を検出する手段、上記両熱線の
冷却にょシ得られる電気信号の和信号の値にょシこの熱
線の設定温度を切シ換える回路を備えることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項および第２項記載の流ｔまたは
流速測定装置。