JPS5833535Y2 - 渦流量計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、カルマン渦を利用して流体の流速または流量
を測定する渦流量計に関する。

流体中に物体を置（と、物体の雨後側面から交互にかつ
規則的に渦が発生し、下流に渦列となって流れることが
古くから知られている。

この渦列はカルマン渦列といわれ、単位時間当りの渦の
生成数（生成周波数）が流体の流速に比例している。

カルマン渦流量計は、測定流体を導く管路内に渦発生体
を配置し、渦発生体によって流速に比例した渦を発生さ
せ、渦の生成による流体振動を感熱素子や圧電素子等の
センサで検出した後信号変換して流体の流速や流量を測
定するものである。

ところで圧電センサを用いて流体振動を検出する方式の
渦流量計においては、管路振動等のノイズ成分の影響を
受け、流体振動を良好なＳ／Ｎで検出することが困難で
あった。

本考案は、２個の圧電センサを用い、その出力電圧が流
体振動に対しては互いに逆相に、管路振動等のノイズに
対しては同相になるように構成するとともに、２個の圧
電センサの出力電圧を演算増幅器を用いた処理回路を介
して差動的に取出すことによって、流体振動を良好なＳ
／Ｎで検出できる渦流量計を実現したいものである。

第１図は本考案の一実施例を示す構成説明図であり、第
２図は本考案の一実施例を示す電気的接続図である。

両図において、１はｆｆ１ｌ！９流体が流れる管路、２
は管路１に垂直に挿入された柱状の渦発生体で、その両
端は管路１に固定されている。

渦発生体２０本体２ａはステレオス等の可撓変形しない
剛性の物質からなり、測定流体にカルマン渦列を生ぜし
めかつ流体振動を安定強化するような例えば台形等の断
面形状を有している。

渦発生体２の頂部２ｂはステンレス等の可撓変形しない
剛性の物質からなり、凹部２． ｃを有し本体２ａとは
溶接等により一体に形成されている。

３はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０３）等の圧電素子で
、渦発生体２の凹部２ｃにガラス等の絶縁材４によって
封着され、渦発生体と一体に形成されている。

また圧電素子３は円板状をなし、その中心が渦発生体２
の中立軸と一致するように配置されている。

さらに圧電素子３には、第３図に示すようにその表と裏
にそれぞれを左右に分割して対称的に電極５ ａ 、５
ｂ ｔ ５ ｃ ｔ ５ ｄが設けられ、電極５ａと
５ｂで挾まれた部分で第１の圧電センサ６ａを形成し、
電極５ｃと５ｄで挾まれた部分で第２の圧電センサ６ｂ
を形成する。

そして電極５ａｔ５ｂｔ５ｃ、５ｄからそれぞれリード
線７ ａ ２７ ｂ ）７ｃｔ７ｄが絶縁材４を貫通し
て外部に取り出されている。

８は演算増幅器で、その反転入力端子（ハ）に第１の圧
電センサ６ａのリード線７ａが接続され、非反転入力端
子（ホ）に第２の圧電センサ６ｂのリード線７ｃが接続
されている。

また演算増幅器８の出力電圧Ｖ。

が抵抗Ｒ１を介して反転入力端子（ハ）に帰還されてい
る。

さらに演算増幅器８の非反転入力端子（ホ）には基準電
圧Ｖｂが抵抗Ｒ２を介して加えられている。

基準電圧Ｖｂは演算増幅器８の駆動電源Ｅｂを抵抗Ｒ３
，Ｒ，で分圧して得ている。

なお、圧電センサ６ ａ ｔ ６ ｂの基準側のリード
線７ｂ 、７ｄは共通に電源Ｅｂの基準側に接続されて
いる。

このような構成の本考案の渦流量計において、管路１内
に測定流体が流れると、渦発生体２はカルマン渦を発生
させるとともに、渦の生成に基づく流体振動による交番
力を受ける。

渦発生体２は交番力を受けるとその内部に図示の如く中
立軸を挾んで逆方向の応力変化が発生する。

この渦発生体２に生ずる応力変化は絶縁材４で渦発生体
２に一体に取付られた圧電素子３に伝達される。

したがって第１、第２の圧電センサ６ａ ｔ ６ｂには
それぞれ流体振動に対応して互いに逆位相の電圧ｖｉ２
−ｖｉ２が生ずる。

また管路振動等のノイズに対しては、渦発生体２が剛性
の物質で形成されているため、渦発生体２が管路１とと
もに振れ、圧電センサ６ａ ＞ ６ｂには加速度として
表われ同相の電圧Ｖｃ１．ｖｃ２が生ずる。

したがって、圧電センサ６ａ ｓ ６ｂの内部抵抗をそ
れぞれＲ８１゜Ｒｇ２とすると、演算増幅器８の出力電
圧ＶＯは次式で与えられる。

ここで、圧電センサの内部抵抗Ｒ，１，Ｒｇ□は圧電素
子３としてニオブ酸リチウムを用いた場合には、数１０
０ＭΩ以上あり、演算抵抗Ｒ１，Ｒ２の数ＭΩ〜１０数
ＭΩに比して充分に大きいので、（１）式は（２）式の
如く近似できる。

を満足するように、演算抵抗Ｒ１，Ｒ２の比を選べば、
管路振動等による同相成分のノイズの影響を除去でき、
流体振動を良好なＳ／Ｎで検出できる。

なお本実施例においては渦発生体２の両端が管路１に固
定されていると説明したが、固定端一自由端あるいは固
定端一支持端の組み合せであってモヨい。

また圧電素子３としてニオブ酸リチウムを説明したが、
ニオブ酸リチウムや水晶等の圧電性結晶、あるいはジル
コン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛等のセラミッ
ク系圧電磁器或は感圧素子でもよく、要するに力を電気
信号に変換するものであればよい。

さらに絶縁材４としてはガラスに限らず、エポキシ系、
セラミック系、セメント系あるいはマイカ系等を用いる
ことができる。

また上述では、渦発生体２の内部に圧電素子３を設ける
場合を例示したが、渦発生体２の下流側に渦発生体とは
別個に、流体振動による交番力を受ける受圧体を設け、
受圧体の内部に圧電素子３をガラス等の絶縁材４で封着
し受圧体に生ずる応力変化を検出してもよい。

なお、上述では演算増幅器８を単一の直流電源Ｅｂで駆
動する場合を例示したが、正、負の２個の直流電源で駆
動する場合には演算抵抗Ｒｆ２を介して演算増幅器８の
非反転入力端子（１）に加える基準電圧は零Ｖにできる
。

以上説明したように本考案によれば、２個の圧電センサ
を用い、その出力電圧が流体振動に対しては互いに逆相
に、管路振動に対しては同相になるように構成し、かつ
２個の圧電センサの出力電圧を演算増幅器を用いた処理
回路で差動的に取り出しているので、流体振動を良好な
Ｓ／Ｎで検出できる渦流量計が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す構成説明図、第２図は
本考案の一実施例を示す電気的接続図、第３図は本考案
に用いる圧電センサの一例を示す構成説明図である。 １・・・管路、２・・・渦発生体、３・・・圧電素子、
４・・・絶縁材、５ａ 、５ｂ 、５ｃ 、５ｄ・・・
電極、６ａｔ６ ｂ−・・圧電センサ、７ａ ｔ ７ｂ
、７ｃ ｔ ７ｄ・”リード線、８・・・演算増幅器
、Ｒｆｌ、Ｒ４２・・・演算抵抗。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 測定流体にその流速に比例したカルマン渦を生成させる
   渦発生体と、渦発生体または受力体にその中立軸を挾ん
   で配置され、かつ渦発生体または受圧体と一体となるよ
   うに取付けられてカルマン渦の生成に伴う流体振動を互
   いに逆相の電圧変化として検出する２個の圧電センサと
   、２個の圧電センサの出力電圧が反転入力端子と非反転
   入力端子に加えられている演算増幅器と、この演算増幅
   器の出力電圧を前記反転入力端子に帰還する抵抗Ｒ１と
   、基準電圧を前記演算増幅器の非反転入力端子に加える
   抵抗Ｒ２とを有し、前記２個の圧電センサに生ずる同相
   の電圧をＶ。 １．ｖｃ２とし、圧電センサの内部抵抗をそれぞれＲｇ
   ｌ、Ｒｇ２ととしたとき を満足するように抵抗Ｒ１，Ｒ２の比を選んだことを特
   徴とする渦流量計。