JPS6046366B2 - 流速流量測定装置 - Google Patents
流速流量測定装置Info
- Publication number
- JPS6046366B2 JPS6046366B2 JP55128112A JP12811280A JPS6046366B2 JP S6046366 B2 JPS6046366 B2 JP S6046366B2 JP 55128112 A JP55128112 A JP 55128112A JP 12811280 A JP12811280 A JP 12811280A JP S6046366 B2 JPS6046366 B2 JP S6046366B2
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- JP
- Japan
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- force
- recess
- receiving body
- measuring device
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、カルマン渦を利用した流速流量測定装置に
関するものである。
関するものである。
更に詳述すれば、カルマン渦により物体に作用する交
番力を検出して、渦信号として取り出し、流速又は流量
を測定する流速流量測定装置に関す るものである。
番力を検出して、渦信号として取り出し、流速又は流量
を測定する流速流量測定装置に関す るものである。
第１図は従来より一般に使用されている流速流量測定
装置の従来例である。
装置の従来例である。
図において、１は円筒状の管路、１１は管路１に直角
に設けられた円筒状のノズルである。
に設けられた円筒状のノズルである。
２はノズル１１を通して、管路１に直角に挿入された柱
状の受力体で、一端は、ねじ３により管路１に支持され
、他端はフランジ部２１において、ノズル１１にねじ又
は溶接により固定されている。
状の受力体で、一端は、ねじ３により管路１に支持され
、他端はフランジ部２１において、ノズル１１にねじ又
は溶接により固定されている。
２２は受力体２のフランジ部２１側に設けられた凹部で
ある。
ある。
４は凹部２２に設けられた円板状の応力検出部で、その
中心軸は受力体２の中心軸と一致する。
中心軸は受力体２の中心軸と一致する。
応力検出部４は、この場合は第２図に示す如く、円板状
の素子本体４１と電極４２、４３、４４よりなる。電極
４２は薄円板状をなし、素子本体４１の一面側に設けら
れている。一方、電極４３、４４は、ほぼ弓形をなし、
素子本体４１の他面側に素子本体４１の中心を挾んで、
管路１方向と直角方向に対称形に設けられている。素゛
子本体４１は、この場合は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ３）よりなる圧電素子が使用されている。５は絶縁
材よりなり、応力検出部４を凹部２２内に受力体２より
絶縁して封着する封着体で、この場合は、ガラス材が用
いられている。
の素子本体４１と電極４２、４３、４４よりなる。電極
４２は薄円板状をなし、素子本体４１の一面側に設けら
れている。一方、電極４３、４４は、ほぼ弓形をなし、
素子本体４１の他面側に素子本体４１の中心を挾んで、
管路１方向と直角方向に対称形に設けられている。素゛
子本体４１は、この場合は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ３）よりなる圧電素子が使用されている。５は絶縁
材よりなり、応力検出部４を凹部２２内に受力体２より
絶縁して封着する封着体で、この場合は、ガラス材が用
いられている。
以上の構成において、管体１内に測定流体が流れると
受力体２にはカルマン渦により第１図に示す矢印のよう
な交番力Ｆが作用する。
受力体２にはカルマン渦により第１図に示す矢印のよう
な交番力Ｆが作用する。
この交番力Ｆは封着体５を介して応力検出器４に伝達さ
れる。この場合、受力体２には、第１図に示す如く、受
力体２の中心軸をはさんで逆方向の応力変化が発生する
。而して、応力検出器４の電極４２一電極４３、電極４
２一電極４４間にはこの応力変化に対応した電気信号（
たとえば電荷の変化）が生ずる。この変化の回数を検出
することにより渦発生周波数が検出できる。而して、電
極４２−電極４３、電極４２一電極４４間の電気出力を
差動的に処理すれば、２倍の電気出力を得ることができ
る。このような、ガ？スによつて、受力体２に応力検出
部４を封着するように構成したものは種々の利点を有す
る。
れる。この場合、受力体２には、第１図に示す如く、受
力体２の中心軸をはさんで逆方向の応力変化が発生する
。而して、応力検出器４の電極４２一電極４３、電極４
２一電極４４間にはこの応力変化に対応した電気信号（
たとえば電荷の変化）が生ずる。この変化の回数を検出
することにより渦発生周波数が検出できる。而して、電
極４２−電極４３、電極４２一電極４４間の電気出力を
差動的に処理すれば、２倍の電気出力を得ることができ
る。このような、ガ？スによつて、受力体２に応力検出
部４を封着するように構成したものは種々の利点を有す
る。
しかしながら、（１）ガラスの軟化点が４００℃前後に
あり、実際に使用できるのは３００℃程度である。
あり、実際に使用できるのは３００℃程度である。
軟化点の高いガラスを使用すると封着温度が高くなり、
圧電素子のキュリー点を越える。あるいは、膨張係数が
小さく、受力体２に圧電素子を封着するのに適さない。
（２）凹部２２の開口側のガラスの厚さｌは力検出部４
の感度を充分あげるためには、ある程度の厚さを必要と
するが、急激なヒートショック、あるいは、高温度では
熱膨張の差によりガラスにひび割れを生ずるので、ひび
割れの生じない程度の厚さ数？程度に制限され、高感度
が得られない。
圧電素子のキュリー点を越える。あるいは、膨張係数が
小さく、受力体２に圧電素子を封着するのに適さない。
（２）凹部２２の開口側のガラスの厚さｌは力検出部４
の感度を充分あげるためには、ある程度の厚さを必要と
するが、急激なヒートショック、あるいは、高温度では
熱膨張の差によりガラスにひび割れを生ずるので、ひび
割れの生じない程度の厚さ数？程度に制限され、高感度
が得られない。
（３）ガラス封着では、受力体２における半径方向：の
熱膨張係数は等しい必要があるので、ニオブ酸リチウム
（ＬｌＮｂＯ３）よりなる圧電素子を使用する場合には
Ｚ板に限定される。
熱膨張係数は等しい必要があるので、ニオブ酸リチウム
（ＬｌＮｂＯ３）よりなる圧電素子を使用する場合には
Ｚ板に限定される。
ｚ板はＹ板に比すると感度が１／３になる特性を有する
。等の欠点を有する。本発明は、これ等の問題点を解決
するものである。
。等の欠点を有する。本発明は、これ等の問題点を解決
するものである。
本発明の目的は、高温領域まで測定でき、感度の高い流
速流量測定装置を提供するにある。
速流量測定装置を提供するにある。
第３図は、本発明の一実施例の要部構成説明図ろである
。図において、第１図と同一記号は同一機能を表わす。
。図において、第１図と同一記号は同一機能を表わす。
以下、第１図と相違部分のみ説明する。
６ａ，６ｂ（以下総称する場合はＲ６Ｊとする。
）は応力検出部４の両面に配置された円板状の絶縁体で
、この場合は、セラミックが使用されている。７は凹部
２２に側面がまつたく接触しない瞭間を保つて挿入され
、一端が応力検出部４及び絶縁体６を凹部２２に押圧固
定し、他端が凹部２２の開口部において溶接固定された
柱状の固定体で、この場合は、ステンレス材が用いられ
ている。
、この場合は、セラミックが使用されている。７は凹部
２２に側面がまつたく接触しない瞭間を保つて挿入され
、一端が応力検出部４及び絶縁体６を凹部２２に押圧固
定し、他端が凹部２２の開口部において溶接固定された
柱状の固定体で、この場合は、ステンレス材が用いられ
ている。
而して、凹部２２の深さＬは、次式を満足するノように
選ばれている。ここで、 αｐ：受力体２の膨張係数 αＫ：固定体７ 〃 α，：絶縁体６ 〃 αＬ：応力検出部４ 〃 ｔ＄：絶縁体６ａと６ｂの厚さの和 ｔし：応力検出部４の厚さ 即ち、固定体７の熱膨張係数αぇが受力体２の熱膨張係
数αＰより大なるようにし、かつ、受力体２の熱膨張係
数α２が応力検出部４の膨張係数αｏ及び絶縁体６の熱
膨張係数α，より大なるようにすれば、受力体２と応力
検出部４および絶縁体との間に生ずる熱膨張の差を、受
力体２と固定体７との熱膨張の差によつて、丁度打消す
ことができるように、凹部２２の深さが設定されている
。
選ばれている。ここで、 αｐ：受力体２の膨張係数 αＫ：固定体７ 〃 α，：絶縁体６ 〃 αＬ：応力検出部４ 〃 ｔ＄：絶縁体６ａと６ｂの厚さの和 ｔし：応力検出部４の厚さ 即ち、固定体７の熱膨張係数αぇが受力体２の熱膨張係
数αＰより大なるようにし、かつ、受力体２の熱膨張係
数α２が応力検出部４の膨張係数αｏ及び絶縁体６の熱
膨張係数α，より大なるようにすれば、受力体２と応力
検出部４および絶縁体との間に生ずる熱膨張の差を、受
力体２と固定体７との熱膨張の差によつて、丁度打消す
ことができるように、凹部２２の深さが設定されている
。
而して後に詳述するように、深さＬを維持するために、
固定体７は凹部２２に接触しないように構成されている
。このようなものにおいては、周囲温度の変化によつて
、応力検出部４に加わる圧縮力が変化することがなく、
固定体７によつて、最初に加えられた初期圧縮状態のま
まが維持される。
固定体７は凹部２２に接触しないように構成されている
。このようなものにおいては、周囲温度の変化によつて
、応力検出部４に加わる圧縮力が変化することがなく、
固定体７によつて、最初に加えられた初期圧縮状態のま
まが維持される。
したがつて、測定流体に対して高温領域まで測定を行う
ことができる。また、本装置においては、固定体７によ
つて、応力検出部４に初期圧縮力をある程度加えておく
と、応力検出部４の感度は増大する。
ことができる。また、本装置においては、固定体７によ
つて、応力検出部４に初期圧縮力をある程度加えておく
と、応力検出部４の感度は増大する。
一方、実用上は、厳密に、式（１）の両辺を等しくする
ことはできないので、わずかに左辺〉右辺となるように
設定する。
ことはできないので、わずかに左辺〉右辺となるように
設定する。
このようにすれば、圧縮力が常に加わり、高温で感度が
減少することを防止することができる。但し、初期圧縮
力を含めて、圧縮力は力検出部４の許容応力を超えるこ
とがないように設定する必要がある。
減少することを防止することができる。但し、初期圧縮
力を含めて、圧縮力は力検出部４の許容応力を超えるこ
とがないように設定する必要がある。
なお、本願発明者等の実験によれば、初期圧縮力を０．
２８ｋ９／Ｔｌｒｌｔとしたもので、従来のガラス封着
のものに比して３倍の出力感度のものが得られた。
２８ｋ９／Ｔｌｒｌｔとしたもので、従来のガラス封着
のものに比して３倍の出力感度のものが得られた。
また、素子本体４１に、ニオブ酸リチウム（ＬｊＮｂＯ
３）を使用する場合に、Ｙ板も使用できるので、ｚ板を
使用した場合に比して感度を３倍にすることができる。
３）を使用する場合に、Ｙ板も使用できるので、ｚ板を
使用した場合に比して感度を３倍にすることができる。
このように、本発明装置を使用すれば、
（１）３００゜Ｃ以上の測定流体にも使用できる。
（実験によれば、５００′Ｃの測定流体でも測定可能で
ある。）（２）感度が３倍ほど上げることができる。
ある。）（２）感度が３倍ほど上げることができる。
（３）ガラスのひび割れや封着不良等の製造工程中での
不良が発生せず、歩留りが向上され、コストダウンがは
かれる。（４）ガラスの封着作業に必要な大型の炉等の
装置が不要となり量産化が容易となる。
不良が発生せず、歩留りが向上され、コストダウンがは
かれる。（４）ガラスの封着作業に必要な大型の炉等の
装置が不要となり量産化が容易となる。
更に加えるに、
（５）ガラス封着時の受力体２の熱容量を小さくするた
めに、受力体２における管路１側の柱状部を別体に製作
し、ガラス封着後に本体部に固定する製作上のわずられ
しさもなくなる。
めに、受力体２における管路１側の柱状部を別体に製作
し、ガラス封着後に本体部に固定する製作上のわずられ
しさもなくなる。
また、固定体７の側面が凹部２２に隙間を保つて挿入さ
れているので、固定体７の側面が凹部２２に接触してい
る場合に生ずる応力検出部４への押圧力のバラツキを防
止することができる。
れているので、固定体７の側面が凹部２２に接触してい
る場合に生ずる応力検出部４への押圧力のバラツキを防
止することができる。
したがつて、応力検出部４を所定圧力て押圧することが
でき、熱膨張の差による押圧を有効ならしめることがで
きる。更にまた、動作時に固定体７の側面の途中と凹部
２２との接触位置が変動することにもとずく固定体７の
曲げモーメント線図の特性曲線モードが全く異なつてし
まうのを防止することができ、安定な感度が得られる。
でき、熱膨張の差による押圧を有効ならしめることがで
きる。更にまた、動作時に固定体７の側面の途中と凹部
２２との接触位置が変動することにもとずく固定体７の
曲げモーメント線図の特性曲線モードが全く異なつてし
まうのを防止することができ、安定な感度が得られる。
即ち、凹部に固定体を挿入する場合、先す、凹部と固定
体が密着状態にする。
体が密着状態にする。
たとえば、しまりばめ状態で挿入する、あるいは、すき
まばめ状態で凹部に固定体を挿入した後、瞭間を充填材
等で充填することが考えられる。この場合には、しまり
ばめ状態では、周囲温度等の変化に対処して、固定体が
圧力センサを有効に押圧しつづけることができない。ま
た、充填材を充填する場合には、固定体等の各構成部品
全てに等しい熱膨張係数を有するものでなければ、簡単
に温度変化により剥離してしまう。このような充填材を
選択することは不可能である。次に、凹部に固定体を、
とまりばめ状態に挿入するとすると、温度変化に対し固
定体が圧力センサを押圧しつづける事は可能である。
まばめ状態で凹部に固定体を挿入した後、瞭間を充填材
等で充填することが考えられる。この場合には、しまり
ばめ状態では、周囲温度等の変化に対処して、固定体が
圧力センサを有効に押圧しつづけることができない。ま
た、充填材を充填する場合には、固定体等の各構成部品
全てに等しい熱膨張係数を有するものでなければ、簡単
に温度変化により剥離してしまう。このような充填材を
選択することは不可能である。次に、凹部に固定体を、
とまりばめ状態に挿入するとすると、温度変化に対し固
定体が圧力センサを押圧しつづける事は可能である。
しかし、凹部に固定体の側面が接触する可能性がある。
この接触点は、組立状態で何個所生じているか、また、
受力体へ交番力が加わる大きさ等により、接触点も増加
する可能性があり、全く不確定なものとなる。このため
、力検出センサにおける検出出力は、不安定なものとな
る。なお、前述の実施例においては、素子本体４１はニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）よりなる圧電素子が用
いられていると説明したが、これに限ることはなく、た
とえば、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミッ
ク系圧電素子でもよく、要するに、圧電素子であればよ
い。
この接触点は、組立状態で何個所生じているか、また、
受力体へ交番力が加わる大きさ等により、接触点も増加
する可能性があり、全く不確定なものとなる。このため
、力検出センサにおける検出出力は、不安定なものとな
る。なお、前述の実施例においては、素子本体４１はニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）よりなる圧電素子が用
いられていると説明したが、これに限ることはなく、た
とえば、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミッ
ク系圧電素子でもよく、要するに、圧電素子であればよ
い。
また、絶縁体６は、セラミックよりなると説明したが、
これに限ることはなく、絶縁材料より構成されればよい
。
これに限ることはなく、絶縁材料より構成されればよい
。
以上設明したように、本発明によれば、高温領・域まで
測定でき、感度の高い流速流量測定装置を実現すること
ができる。
測定でき、感度の高い流速流量測定装置を実現すること
ができる。
第１図は従来よソー般に使用されている流速流量測定装
置の従来例、第２図は第１図の部品説明．図、第３図は
本発明の一実施例の要部構成説明図である。 １・・・管路、２・・・受力体、２２・・・凹部、４・
・・応力検出部、４１・・・素子本体、４２，４３，４
４・・・電極、６ａ，６ｂ・・・絶縁体、７・・・固定
体、Ｆ・・・交番ノカ、Ｌ・・・凹部２２の深さ。
置の従来例、第２図は第１図の部品説明．図、第３図は
本発明の一実施例の要部構成説明図である。 １・・・管路、２・・・受力体、２２・・・凹部、４・
・・応力検出部、４１・・・素子本体、４２，４３，４
４・・・電極、６ａ，６ｂ・・・絶縁体、７・・・固定
体、Ｆ・・・交番ノカ、Ｌ・・・凹部２２の深さ。
Claims (1)
- １ カルマン渦により受力体に作用する交番力を検出し
て流速又は流量を測定する流速流量測定装置において、
管路に直角に挿入された剛性の高い柱状の受力体と、該
受力体の軸方向に設けられた凹部と、該凹部に配置され
前記交番力に基づき前記受力体の断面内に生ずる応力変
化を検出するように該受力体の軸に垂直方向に配置され
た圧電素子よりなる力検出センサと、前記凹部に側面が
接触しない隙間を保つて挿入され一端が前記力検出セン
サを該凹部に一体構成となるように押圧固定し他端が前
記凹部の開口部において溶接固定された柱状の剛性の高
い固定体と、前記力検出センサを前記凹部及び固定体よ
り絶縁する絶縁体とを具備し、前記凹部の軸方向の深さ
が温度の変化に伴い前記受力体と前記力検出センサおよ
び前記絶縁体との間に生ずる熱膨張の差を、前記受力体
と前記固定体との熱膨張の差により打消すような深さに
設定されたことを特徴とする流速流量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55128112A JPS6046366B2 (ja) | 1980-09-16 | 1980-09-16 | 流速流量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55128112A JPS6046366B2 (ja) | 1980-09-16 | 1980-09-16 | 流速流量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5752820A JPS5752820A (en) | 1982-03-29 |
| JPS6046366B2 true JPS6046366B2 (ja) | 1985-10-15 |
Family
ID=14976671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55128112A Expired JPS6046366B2 (ja) | 1980-09-16 | 1980-09-16 | 流速流量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046366B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7793554B2 (en) | 2009-02-05 | 2010-09-14 | Masco Corporation | Flexible sensor flow and temperature detector |
-
1980
- 1980-09-16 JP JP55128112A patent/JPS6046366B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5752820A (en) | 1982-03-29 |
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