JPS6047975B2 - カルマン渦を利用した測定装置 - Google Patents
カルマン渦を利用した測定装置Info
- Publication number
- JPS6047975B2 JPS6047975B2 JP55138179A JP13817980A JPS6047975B2 JP S6047975 B2 JPS6047975 B2 JP S6047975B2 JP 55138179 A JP55138179 A JP 55138179A JP 13817980 A JP13817980 A JP 13817980A JP S6047975 B2 JPS6047975 B2 JP S6047975B2
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- vortex
- fluid
- density
- flow rate
- sensor
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- Expired
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Classifications
-
- 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
- G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
- G01F1/3266—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations by sensing mechanical vibrations
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、カルマン渦を利用して測定流体の密度また
は質量流量を測定する装置に関する。
は質量流量を測定する装置に関する。
流体中に物体を置くと、物体の両後側面から交互にか
つ規則的に渦が発生し、下流に渦列となつて流れること
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。そこで、測定流体を導く管路内
に渦発生体を配置し、渦発生体によつて流速に比例した
渦を発生させ、渦の生成による揚力変化を圧電素子、ス
トレンケージ、容量やインダクタンス等のセンサで検出
し、検出信号の周波数のみを取り出して流体の流速が流
量を測定する渦流量計が実用化されている。ところで、
一般に知りたい流量は化学変化を行わせるプロセスては
もちろんのこと、取引においても質量流量であることが
多い。また測定流体が気体やスチームの場合には温度や
圧力でその密度が大きく変わり、液体の場合でも温度に
よ りその密度がかなり変化してしまう。このため渦流
量計と並設して温度が圧力を測定するか、密度計にて密
度を測定し、質量流量を測定している。しかし密度計と
渦流量計とを用いると繁雑高価であり、温度や圧力計と
渦流量計との組合せでは、繁雑高価であるばかりでなく
、流体の温度の測定が難しいことから精度や応答性も悪
い。 本発明は、揚力変化をセンサで検出して得た信号
の振幅が流体の密度に比例し、かつ流体の流速の２乗に
比例している点に着目し、検出信号の周波数のみならず
、検出信号の振幅をも利用するようにして、簡単な構成
で密度または質量流量を測定できる装置を実現したもの
である。
つ規則的に渦が発生し、下流に渦列となつて流れること
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。そこで、測定流体を導く管路内
に渦発生体を配置し、渦発生体によつて流速に比例した
渦を発生させ、渦の生成による揚力変化を圧電素子、ス
トレンケージ、容量やインダクタンス等のセンサで検出
し、検出信号の周波数のみを取り出して流体の流速が流
量を測定する渦流量計が実用化されている。ところで、
一般に知りたい流量は化学変化を行わせるプロセスては
もちろんのこと、取引においても質量流量であることが
多い。また測定流体が気体やスチームの場合には温度や
圧力でその密度が大きく変わり、液体の場合でも温度に
よ りその密度がかなり変化してしまう。このため渦流
量計と並設して温度が圧力を測定するか、密度計にて密
度を測定し、質量流量を測定している。しかし密度計と
渦流量計とを用いると繁雑高価であり、温度や圧力計と
渦流量計との組合せでは、繁雑高価であるばかりでなく
、流体の温度の測定が難しいことから精度や応答性も悪
い。 本発明は、揚力変化をセンサで検出して得た信号
の振幅が流体の密度に比例し、かつ流体の流速の２乗に
比例している点に着目し、検出信号の周波数のみならず
、検出信号の振幅をも利用するようにして、簡単な構成
で密度または質量流量を測定できる装置を実現したもの
である。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図である。
図において、１は測定流体が流れる管路、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２の本体２ａはステンレス
等からなり、測定流体にカルマン渦列を生せしめかつ揚
力変化を安定”強化するように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はステンレス等か
らなり、凹部２ｃ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は圧電素子で、渦発生体２の凹部
２ｃにガラス等の絶縁体４によつて封丁着され、渦発生
体と一体に形成されている。
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２の本体２ａはステンレス
等からなり、測定流体にカルマン渦列を生せしめかつ揚
力変化を安定”強化するように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はステンレス等か
らなり、凹部２ｃ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は圧電素子で、渦発生体２の凹部
２ｃにガラス等の絶縁体４によつて封丁着され、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、その中心が過発生体
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２図に示すようにその表と裏にそれぞ
れ左右に分割して対称的に電極５Ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ
が設けられ、電極５ａと５ｂて挟まれた部分で第１の圧
電センサ６ａを形成し、電極５ｃと５ｄで挟まれた部分
で第２の圧電センサ６ｂを形成する。そして第１，第２
の圧電センサ６ａ，６ｂに生ずる電荷が差動的になるよ
うに、電極５ａと５ｄおよび電極５ｂと５ｃが各々結線
され、かつ電極５ａと５ｃからそれぞれリード線７ａ，
７ｂが絶縁材４を貫通して外部に取り出されている。８
は検出信号処理回路で、圧電センサ６ａ，６ｂて検出し
た交流電荷ｑを交流電圧ｅに変換する。
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２図に示すようにその表と裏にそれぞ
れ左右に分割して対称的に電極５Ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ
が設けられ、電極５ａと５ｂて挟まれた部分で第１の圧
電センサ６ａを形成し、電極５ｃと５ｄで挟まれた部分
で第２の圧電センサ６ｂを形成する。そして第１，第２
の圧電センサ６ａ，６ｂに生ずる電荷が差動的になるよ
うに、電極５ａと５ｄおよび電極５ｂと５ｃが各々結線
され、かつ電極５ａと５ｃからそれぞれリード線７ａ，
７ｂが絶縁材４を貫通して外部に取り出されている。８
は検出信号処理回路で、圧電センサ６ａ，６ｂて検出し
た交流電荷ｑを交流電圧ｅに変換する。
９は比較器で、交流電圧ｅを一定レベルのパノｖス信号
Ｐに変換するためのものである。
Ｐに変換するためのものである。
１０はＦ／■コンバータで、比較器出力のパルス信号ｐ
をその周波数に比例した直流電圧Ｅ１に変換する。
をその周波数に比例した直流電圧Ｅ１に変換する。
１１は整流平滑回路で、交流電圧ｅを整流平滑し、その
振幅に比例した直流電圧Ｅ２に変換する。
振幅に比例した直流電圧Ｅ２に変換する。
１２は演算回路で、Ｆ／■コンバータ１０と整流平滑回
路１１の出力Ｅｌ，Ｅ２に所望の演算を施し、その出力
に流体の密度または質量流量に関連した信号を取出すた
めのものである。
路１１の出力Ｅｌ，Ｅ２に所望の演算を施し、その出力
に流体の密度または質量流量に関連した信号を取出すた
めのものである。
このように構成した本発明において、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、渦の生成に基づく揚力変化を受ける。
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、渦の生成に基づく揚力変化を受ける。
渦発生体２は揚力変化を受けるとその内部に図示の如く
中立軸を挟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。したがつて第１
，第２の圧電センサ６ａ，６ｂにはそれぞれ揚力変化に
対！応して互いに逆位相の電荷量の変化が生ずる。そし
て圧電センサ６ａ，６ｂに生する電荷量は差動的に取り
出され、リード線７ａ，７ｂ間には交番電荷ｑが生する
。交番電荷ｑは検出信号処理回路８で交流電圧ｅに変換
される。交流電圧ｅの周波３数を比較器９およびＦ／Ｔ
コンバータ１０と介して取り出せば、（１）式の如く一
般の渦流量計と同様渦周波数ｆすなわち流速νに比例し
た電圧Ｅ１が得られる。 ただし、Ｋ１は比例定数 一方交流電圧ｅの振幅を整流平滑回路１１を介して取り
出せば、整流平滑回路１１の出力Ｅ２は流体の密度をρ
とすると次式で与えられる。
中立軸を挟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。したがつて第１
，第２の圧電センサ６ａ，６ｂにはそれぞれ揚力変化に
対！応して互いに逆位相の電荷量の変化が生ずる。そし
て圧電センサ６ａ，６ｂに生する電荷量は差動的に取り
出され、リード線７ａ，７ｂ間には交番電荷ｑが生する
。交番電荷ｑは検出信号処理回路８で交流電圧ｅに変換
される。交流電圧ｅの周波３数を比較器９およびＦ／Ｔ
コンバータ１０と介して取り出せば、（１）式の如く一
般の渦流量計と同様渦周波数ｆすなわち流速νに比例し
た電圧Ｅ１が得られる。 ただし、Ｋ１は比例定数 一方交流電圧ｅの振幅を整流平滑回路１１を介して取り
出せば、整流平滑回路１１の出力Ｅ２は流体の密度をρ
とすると次式で与えられる。
ただし、Ｋ２は比例定数
よつて、演算回路１２士なる演算を行えば、その出力Ｅ
Ｏは、となる、管路１の断面積をＳとすれば、質量流量
フＱｍは、で与えられるので、ＥＯは ・となり、質量流量に比例した信号となる。
Ｏは、となる、管路１の断面積をＳとすれば、質量流量
フＱｍは、で与えられるので、ＥＯは ・となり、質量流量に比例した信号となる。
また演算回路１２で、Ｅ１を２乗した後Ｅ２を割るつう
にすれば、出力ＥＯは、となり、流体の密度に比例した
信号を得ることができる。
にすれば、出力ＥＯは、となり、流体の密度に比例した
信号を得ることができる。
なお上述では、揚力変化を検出するセンサとして圧電素
子を用いる場合を例示したが、ストレンゲージ、容量や
インダクタンス等必要に応じて種々のセンサを用いるこ
とができる。
子を用いる場合を例示したが、ストレンゲージ、容量や
インダクタンス等必要に応じて種々のセンサを用いるこ
とができる。
以上説明したように本発明においては、渦の生成に基づ
く揚力変化をセンサで検出し、検出信号の周波数に関連
する信号と検出信号の振幅に関連する信号をそれぞれ取
り出して演算するようにしているので、渦発生体やセン
サを含む変換器部は従来の渦流量計の変換器部と同一構
成でよく、別個に温度計、圧力計や密度計を必要としな
い簡単な構成で、密度または質量流量を精度良く測定で
きる装置が得られる。
く揚力変化をセンサで検出し、検出信号の周波数に関連
する信号と検出信号の振幅に関連する信号をそれぞれ取
り出して演算するようにしているので、渦発生体やセン
サを含む変換器部は従来の渦流量計の変換器部と同一構
成でよく、別個に温度計、圧力計や密度計を必要としな
い簡単な構成で、密度または質量流量を精度良く測定で
きる装置が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、第２図は
本発明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、８・・・検出信号処理回路、９・・・
比較器、１０・・・Ｆ／Ｖコンバータ、１１・・・整流
平滑回路、１２・・・演算器。
本発明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、８・・・検出信号処理回路、９・・・
比較器、１０・・・Ｆ／Ｖコンバータ、１１・・・整流
平滑回路、１２・・・演算器。
Claims (1)
- １ 測定流体にその硫速に比例したカルマン渦を生成さ
せる渦発生体と、カルマン渦の生成に伴う揚力変化を検
出するセンサと、このセンサからの検出信号の周波数に
関連した信号を取り出す手段と、前記検出信号の振幅に
関連した信号を取り出す手段と、前記周波数に関連した
信号と前記振幅に関連した信号とを演算し、測定流体の
密度または質量流量に関連した出力を生ずる演算器とを
具備してなるカルマン渦を利用した測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55138179A JPS6047975B2 (ja) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | カルマン渦を利用した測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55138179A JPS6047975B2 (ja) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | カルマン渦を利用した測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5761916A JPS5761916A (en) | 1982-04-14 |
| JPS6047975B2 true JPS6047975B2 (ja) | 1985-10-24 |
Family
ID=15215890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55138179A Expired JPS6047975B2 (ja) | 1980-09-30 | 1980-09-30 | カルマン渦を利用した測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6047975B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH047544Y2 (ja) * | 1985-04-13 | 1992-02-27 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5117892U (ja) * | 1974-07-27 | 1976-02-09 |
-
1980
- 1980-09-30 JP JP55138179A patent/JPS6047975B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5117892U (ja) * | 1974-07-27 | 1976-02-09 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH047544Y2 (ja) * | 1985-04-13 | 1992-02-27 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5761916A (en) | 1982-04-14 |
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