JPS6216655Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は構成の簡易な新規なカルマン渦流量
計に関する。

一般に、流管中に流れる被測定流体の流れに直
角に柱状物を配設すると、ある一定条件におい
て、該柱状物体の左右両側に交互に渦が発生し、
この二列の渦列が並ぶ現象を流体力学上カルマン
渦列と呼んでいる。

従来、カルマン渦の発体周波数を検出して流速
または流量を測定する方法は数多く実用化されて
いるが実際には計測上いくつかの難点が見出され
る。

たとえば、カルマン渦発生体の表面に感応素
子、感圧素子などの検出素子を固着して計測する
方法とか、カルマン渦発生体の内部に一対のノズ
ルを対向して配設し、該ノズルに空気圧を供給し
て渦発生による圧力変化を検出する方法とか、あ
るいは、特公昭49−32152号にみられるようにカ
ルマン渦発生体側面に導圧口を有する細管を配設
し、外部より空気圧をパージしてカルマン渦発生
による細管内のパージ流量を検出する方法も既に
知られている。

しかして、第一の検出素子を固着して計測する
方法は被計測流体に含まれる塵埃などの異物によ
り検出素子が傷つき易く、また、被計測流体が腐
蝕性の場合には該検出素子を耐腐蝕性材料で構成
する必要があるため高価となるとか、あるいは検
出感度が低下するなどの欠点があり、また、第二
の空気圧供給による圧力変化を検出する方法は、
供給圧の大きさや、被測定流体の密度、粘土など
の影響を受け易く、たとえば供給圧の制御を必要
とし、このため構造が複雑となり安定した測定を
行なうことは困難となり、さらにまた、第三のパ
ージ流量を検出する方法にあつてもパージ流量の
制御に種々の機構を必要とし、これがため装置が
複雑となる欠点があつた。

上述の欠点に着目したものとして本出願人は特
願昭52−58443号の発明（以下、原発明という。）
を完成した。

この原発明は、被測定流体の流れを利用し連通
管内のバイアス流を測定するものであつて、バイ
アス流を流すための別個の圧力源は全く不要であ
るので廉価量産に適するとともに爆発性ガスある
いは他の流体との混合を嫌う場合でも何等の制約
を必要とすることなくその利用範囲がすこぶる広
いという特徴を有するものであつた。

しかしてこの原発明は、流管中に設けたカルマ
ン渦発生体の上流に設けた導圧口とこれにより下
流に開口した導圧口とを連通管によつて結ぶこと
により該連通管内を流通するバイアス流の圧力変
化をカルマン渦発生に伴う圧力変動によつて検出
するようにしたものである。

この考案は斯る原発明における前後の導圧口の
開口位置ならびに連通管の連結手段を特定し、こ
れにより連通管内を流れるバイアス流を安定化し
て極めて精度の高い流速または流量を計測できる
ようにしたカルマン渦流量計を得ることを第一の
目的とする。

すなわち、この考案の目的とするところはカル
マン渦発生体の下流側に位置して管壁に開口して
いる導圧口をカルマン渦の渦中心が描く軌跡より
外側に配設することにより被測定流体中に含まれ
ける流れの乱れや揺動に影響されずに連通管内の
安定したバイアス流の流速変動あるいは圧力変動
が得られるようにしたカルマン渦流量計を得るに
ある。

また、この考案の他の目的とするところは、カ
ルマン渦発生体に対し、その上流側に位置して管
壁に開口される導圧口と、その下流側に位置して
開口される導圧口とを渦発生体に対して対称位置
に設けて連通管を構成することにより、カルマン
渦発生体近傍の圧力分布変動が連通管の各端、す
なわち、両導圧口の圧力差を増加させるように働
くのできわめて安定した流量計測ができるように
したカルマン渦流量計を提供するにある。

以下に、この考案の実施例を図面とともに説明
する。図において、１はたとえば三角柱状のカル
マン渦発生体であり、被計測流体を流す流管２内
に流体の流れ方向に対して直角に配設されてい
る。３，３′はカルマン渦発生体１の両側に形成
される二列の渦列の渦中心が描く軌跡、４，４′
はカルマン渦発生体１の両側方の管壁でカルマン
渦の渦中心が描く軌跡３，３′より外側の位置に
開口した導圧口、５，５′は導圧口４，４′の開口
位置よる上流側であつて、カルマン渦発生体１の
両側方の管壁でカルマン渦の渦中心が描く軌跡よ
り外側の位置に開口した他の導圧口たる導圧口を
それぞれ示し、これらの導圧口４，４′，５，
５′において導圧口４と５′、導圧口４′と５とは
カルマン渦発生体１に対して対称位置に開口させ
るとともにそれぞれの導圧口４と５′、導圧口
４′と５を連通管６ａ，６ｂで連通せしめ被計測
流体の一部を導入させてバイアス流を流通させて
ある。

７ａ，７ｂは両連通管６ａ，６ｂに配設した流
体変位感応素子であつて、たとえばサーミスタセ
ンサーを用いてある。８，９は抵抗、Ｅは電源で
ブリツシ回路１０を構成している。１１は増幅
器、１２は出力端子である。

しかして、第３図イ，ロに示す実施例にあつて
は被測定流体中に含まれる塵埃などを除去するた
めの固液分離装置１３が連通管６ａ，６ｂの前記
流体変位感応素子７ａ，７ｂの装置位置より上流
側に設けられるとともに、さらに被計測流体が液
体の場合には液体中に含まれる気泡を分離するた
めの空気分離器１４を必要に応じて並設する。

つぎに、第４図に示す如く連通管６ａ，６ｂの
流体変位感応素子７ａ，７ｂの前後にバルブ１５
などを設けておけば、流体変位感応素子を着脱す
る際、便利である。あるいはまた、連通管６ａ，
６ｂ内のバイアス流の流速変動、圧力変動の大き
さに対応して流体変位感応素子７ａ，７ｂの近傍
に細管などの絞り機構を設け、あるいは前記バル
ブを利用して流速を調節することにより該流体変
位感応素子の感度を調節することもある。

叙上の構成に基づいて、この考案の作用を説明
する。被計測流体が図示の矢印方向にカルマン渦
発生体１に沿つて流れるとカルマン渦発生体１の
下流側両側には二列のカルマン渦がその渦中心の
描く軌跡を以つて発生する。

しかして、下流側に開口した導圧口４，４′と
上流側に開口した導圧口５，５′における圧力の
差によつて連通管６ａ，６ｂ内には、導圧口５ま
たは５′から導圧口４′または４に向う流れ、すな
わち、バイアス流が流れるが、カルマン渦発生体
１の側面に交互のカルマン渦が発生するので導圧
口４，４′側の連通管６ａ，６ｂの開口端は圧力
変動を受けることとなる。

すなわち、カルマン渦発生体１の側面に交互に
カルマン渦が発生するとカルマン渦発生体１の表
面に沿つて流れる流体の速度が変動し、結局カル
マン渦発生体１の両側面の圧力がカルマン渦の生
成、分離に伴つて変動する。いま、連通管６ａの
導圧口４付近のカルマン渦が分離した直後の状態
を考えてみると導圧口４側ではその表面に沿つて
流れる流体の速度は速くなり、結局その部分の表
面圧力が小さくなり、一方導圧口４′側ではその
表面に沿つて流れる流体の流速が緩やかとなり結
局その部分の表面圧力が大きくなる。カルマン渦
発生体の両側面に交互にカルマン渦ができて、こ
のカルマン渦の生成、分離に対応して導圧口４ま
たは４′の部分の圧力が変動を受けると導圧口
５′と導圧口４との圧力差または導圧口５と導圧
口４′との圧力差が交互に変化することとなり連
通管６ａ，６ｂ内のバイアス流が導圧口４または
４′側で変動する。しかして、カルマン渦による
圧力変動を受ける導圧口４または４′はカルマン
渦発生体１の側面に位置した管壁に開口している
のでバイアス流は変動を受け、この変動を検知す
ることにより流量計を構成し得ることは、原特許
において説明した。

いま、上述した導圧口４または４′をカルマン
渦中心が描く軌跡３，３′より離開した位置に開
口する様に設けることによりカルマン渦の生成、
分離時または渦列間の干渉あるいは、流体の流れ
方向とカルマン渦の流れ方向との影響などを受け
て圧力変動に生じる乱れが減少することがわかつ
た。

しかし、圧力変動の乱れは減少したが、連通管
内においてバイアス流を変動させるための信号成
分、すなわちカルマン渦圧力成分はカルマン渦中
心が描く軌跡の内側に導圧口を開口した場合に比
較して弱くなるので、より高感度の流体変位感応
素子を用いなければならないことが知れた。

しかしてカルマン渦発生体近くにおける圧力変
動の特性に着目すると連通管６ａ，６ｂの両端開
口部、すなわち導圧口４と５′、導圧口４′と５と
のようにカルマン渦発生体１に対して対称かつ交
差した位置に設けることにより両導圧口４と
５′、導圧口４′と５における圧力差は増加し、バ
イアス流の圧力変動出力は特に高感度の流体変位
感応素子を用いなくても十分な信号レベルを得る
ことが可能となり、バイアス流の変動を連通管６
ａ，６ｂ内に装着した流体変位感応素子７ａ，７
ｂによつて検出すれば流管２内に配設したカルマ
ン渦発生体１に生成したカルマン渦の生成数を確
実に測定することができることとなる。

斯くしてこの検出信号を第２図に示すブリツシ
回路１０によつて増幅して取り出すことができ
る。

以上この考案の一実施例について連通管の構成
はその両端の開口端すなわち導圧口がカルマン渦
発生体１に対して対称の場合について記載したが
斯る構成をとらず被計測流体の流れの方向と略々
平行した状態でカルマン渦発生体１の側方一固処
または両側方二個処に導圧口４と５又は導圧口
４′と５′とを連通した連通口６ａ，６ｂを設ける
ことも包含する。この場合はカルマン渦発生体１
による二列のカルマン渦によつてカルマン渦発生
体１の上流側に開口した導圧口５または５′が前
記実施例の如く圧力影響を受けないので導圧口５
と４または導圧口５′と４′間の圧力差は大きな変
位量としてとり出し得ないのでバイアス流変動に
対応した然るべく感度の流体変位感応素子を用い
るか、あるいは検出し得る流量、流速範囲で流量
計測を行うこととなる。

また、連通管６ａ，６ｂを対として用い、一方
の連通管が故障した場合、他方の連通管に切換え
ができるよう構成しておけば、セキユリテイチエ
ツクが可能であり、計測中に起きる不慮の故障に
も対処できるのである。

上述の実施例において流体変位感応素子はサー
ミスターのほか、熱線、測温抵抗体、熱電対、圧
力検出素子、超音波検出素子が利用でき、またカ
ルマン渦発生体１はその構造は何等限定されるも
のでなく、いろいろな形状のものを利用できるこ
とはもちろんである。

この考案は、叙上の如く成るので、連通管内を
流れるバイアス流をしてきわめて安定した状態と
して得ることができるとともに導圧口の位置をカ
ルマン渦発生体に対して対称位置をとることとな
り、きわめて安定した検出出力を得ることができ
る流量計を提供できる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの考案に係るカルマン
渦流量計の一実施例を示す断面説明図と回路説明
図、第３図イは他の実施例を示す側面説明図、同
図ロは平面説明図、第４図はさらに他の実施例を
示す正面説明図である。 １……カルマン渦発生体、３，３′……カルマ
ン渦の渦中心が描く軌跡、４，４′……カルマン
渦発生体１の側方の管壁に開口した導圧口、５，
５′……カルマン渦発生体１の上流側の管壁に開
口した導圧口、６ａ，６ｂ……連通管、７ａ，７
ｂ……流体変位感応素子、１０……ブリツジ回
路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 流管中を流れる被測定流体の流れ方向に対し
   て直角に配設したカルマン渦発生体と、該カル
   マン渦発生体の両側方の流管壁でカルマン渦の
   渦中心が描く軌跡より外側の位置に開口する導
   圧口と、上記カルマン渦発生体の上流両側の流
   管壁に開口する他の導圧口と、上記導圧口と他
   の導圧口とを連通する連通管と、該連通管に装
   着した流体変位感応素子とより成り、カルマン
   渦の生成、分離に基づく連通管内の流体変位を
   検出することにより、上記流管内の流速・流量
   を測定することを特徴とするカルマン渦流量
   計。 (2) 上記において連通管を、導圧口と他の導圧口
   とをカルマン渦発生体に対して交差するごとく
   連通するようにしたことを特徴とする実用新案
   登録請求の範囲第１項記載のカルマン渦流量
   計。 (3) 前記連通管を複数備えた実用新案登録請求の
   範囲第１項記載のカルマン渦流量計。