JPS6396517A - Mass flowmeter - Google Patents

Mass flowmeter

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JPS6396517A
JPS6396517A JP61243922A JP24392286A JPS6396517A JP S6396517 A JPS6396517 A JP S6396517A JP 61243922 A JP61243922 A JP 61243922A JP 24392286 A JP24392286 A JP 24392286A JP S6396517 A JPS6396517 A JP S6396517A
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JP
Japan
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circuit
signal
vortex
temperature
detection sensor
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JP61243922A
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Japanese (ja)
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Ichizo Ito
伊藤 一造
Shinichi Oki
大木 真一
Toshiyuki Miyata
敏幸 宮田
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To realize a mass flowmeter whose temperature characteristic is satisfactory, by installing a resistance thermometer bulb in the vicinity of a stress detecting sensor, and compensating a temperature characteristic of a piezoelectric constant, etc., of a piezoelectric element by its output. CONSTITUTION:Eddy signals from the first and the second stress detecting sensors 142, 141 are brought to a signal conversion by an adding-subtracting circuit 33, and inputted to an F/V converter 41 through a filter circuit 37, the first amplifying circuit 38, and a Schmitt circuit 39. On the other hand, an output of the adding-subtracting circuit 33 is inputted to a dividing circuit 42 through a temperature compensating circuit 51, the second amplifying circuit 34, a detecting circuit 35, and a rectifying circuit 36, divided by an output signal of the F/V converter 41, and becomes an electric signal corresponding to a mass flow. Also, a temperature compensation based on a piezoelectric constant of a piezoelectric element, a temperature expansion of a force receiving body and a duct line, and a temperature change of bending rigidity of the outside cylindrical part and the inside cylindrical part is executed by an output of a resistance thermometer bulb 511.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、カルマン渦を利用して測定流体の質量流量を
測定する質量流量計に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a mass flow meter that measures the mass flow rate of a measurement fluid using Karman vortices.

(従来の技術) 流体中に物体を置くと、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。
(Prior Art) It has been known for a long time that when an object is placed in a fluid, vortices are generated alternately and regularly from the side surface of the object, and the fluid flows downstream in the form of a vortex train. This vortex street is called a Karman vortex street, and the number of vortices generated per unit time (generation frequency) is proportional to the flow rate of the fluid.

そこで、測定流体を導く管路内に渦発生体を配置し、渦
発生体によっ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、ストレンゲージ、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や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ではもちろんのこと、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11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湿度や圧
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、流体のン温度の測定が
難しいことから精度や応答性も悪い。
Therefore, a vortex generator is placed in the pipe that guides the fluid to be measured, and the vortex generator generates a vortex proportional to the flow velocity.The change in lift caused by the vortex is measured using sensors such as piezoelectric elements, strain gauges, capacitance, and inductance. Vortex flowmeters have been put into practical use that measure the flow velocity and flow rate of fluid by detecting and extracting only the frequency of the detection signal. Incidentally, the flow rate that one generally wants to know is often the mass flow rate, not only in processes that involve chemical changes, but also in transactions. Furthermore, when the measured fluid is gas or steam, its density changes greatly depending on temperature and pressure, and even when it is a liquid, its density changes considerably at 11 degrees. For this reason, the mass flow rate is measured by installing it in parallel with a vortex flow meter to measure humidity and pressure, or by measuring the density with a densitometer. However, using a density meter and a vortex flowmeter is complicated and expensive, and using a combination of a temperature or pressure gauge and a vortex flowmeter is not only complicated and expensive, but also requires accuracy and response because it is difficult to measure the temperature of the fluid. Sex is also bad.

ところで、第9図に示す如く、管路1に渦発生体2が配
置され、測定流体が管路1に流された場合に、渦発生体
2に作用する平均抗力F。、変動揚力FLや圧力損失Δ
Pは一敗に次式で示される関係にある。
By the way, as shown in FIG. 9, when the vortex generator 2 is arranged in the conduit 1 and the measurement fluid is flowed through the conduit 1, the average drag force F acting on the vortex generator 2 is: , fluctuating lift FL and pressure loss Δ
P has a relationship with one loss as shown by the following equation.

F−=j:C工pV2(2) L            LQ 但し CD   :    抗プフ係数 CL;  変動揚力係数 Cp:  圧力損失係数 ρ ; 密度 V : 流速 (1)、(2)についてはたとえば「流れ学 第5章渦
P、79. P、8721クツタジユコフスキーの定理
 谷一部著 岩波書店」で述べられている。又(3)は
渦発生体からの境界層の剥離(カルマン渦の発生)によ
る損失から導かれるものである。
F-=j: C engineering pV2 (2) L LQ However, CD: Anti-puff coefficient CL; Fluctuation lift coefficient Cp: Pressure loss coefficient ρ; Density V: Flow velocity (1) and (2), for example, see “Flow Studies Vol. Chapter Vortex P, 79. P, 8721 Kutajyukovsky's Theorem Written by Tanibetsu, Iwanami Shoten. Moreover, (3) is derived from the loss due to separation of the boundary layer from the vortex generator (generation of Karman vortices).

さて、平均抗力FP、変動揚力F、、圧ノJ損失ΔPは
、抗力係数CD、変動揚力係数C5,圧力損失係数Cp
が定数であれば、ρ■2に比例するので、渦周波(3)
式を割算すれば、ρ■が得られる。抗力係数Cつ。
Now, the average drag force FP, the variable lift force F, and the pressure loss J loss ΔP are the drag coefficient CD, the variable lift coefficient C5, and the pressure loss coefficient Cp.
If is a constant, it is proportional to ρ■2, so the eddy frequency (3)
By dividing the equation, we get ρ■. Drag coefficient C.

変動揚力係数CL、圧力損失係数cpO値については、
たとえば、抗力係数CI)については第10図(航空宇
宙工学便覧P、205  B本航空宇宙学会用 丸善株
式会社  発行)に示されるように、各槌形状の渦発生
体について求められている。
Regarding the variable lift coefficient CL and pressure loss coefficient cpO values,
For example, the drag coefficient CI) is determined for each mallet-shaped vortex generating body, as shown in FIG.

又、ρ■2検出器とV検出器とを割算することによりρ
・V2/V−ρ■なるIA量流量を求めることについて
も、流量計測ハンドブックP、 344  用田裕部用
著 日刊工業新聞社発行に述べられているように、従来
から一般的に行われている技術である。
Also, by dividing ρ■2 detector and V detector, ρ
・For determining the IA flow rate of V2/V-ρ■, as described in Flow Measurement Handbook P, 344, written by Hirobu Yoda, published by Nikkan Kogyo Shimbun, there is a technique that has been commonly used in the past. It is.

渦′a量計において、この柵の公知例としては、西独特
許 DE3032578C2r測定流体を動的に密度に
非依存に決定する方法と装置(内容は渦流量計による質
量流量の測定)」があり、変動揚力を渦発生体に取付け
たストレインゲージの歪みとして検出したり、バネによ
り渦発生体に発生するトルクを検出したり、7fiI発
生体の前面にピトー管を設rし抗力を検出し、渦周波数
と割算することによりF!!iEN流量を求めるものが
ある。
In the case of a vortex flowmeter, a known example of this fence is the West German patent DE3032578C2r "Method and apparatus for dynamically density-independent determination of the measured fluid (measuring mass flow rate using a vortex flowmeter)". The fluctuating lift force can be detected as distortion in a strain gauge attached to the vortex generator, the torque generated in the vortex generator by a spring can be detected, or a pitot tube can be installed in front of the 7fiI generator to detect the drag force. By dividing by the frequency, F! ! There is one that calculates the iEN flow rate.

また、国内においては、実開昭54−174359号「
カルマン・渦を利用した測定装置」においても、渦発生
体の上下流側にダイアフラムによる容量検山部を設け、
容量変化の直流分より抗力F0を、交流分から渦周波数
を検出し割算することにより質量流量を求めるものがあ
る。
In addition, in Japan, Utility Model Application Publication No. 54-174359 “
In the "Measurement device using Karman vortices", a capacitance measuring section using a diaphragm is installed upstream and downstream of the vortex generating body.
Some methods calculate the mass flow rate by detecting and dividing the drag force F0 from the DC component of the capacitance change and the vortex frequency from the AC component.

また、特開昭57−61916号「カルマン渦を利用し
た測定装置」に変動揚力を検出し、渦周数で割算する例
が示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-61916 "Measuring Device Using Karman Vortex" shows an example of detecting the fluctuating lift force and dividing it by the vortex frequency.

以下、特開昭57−61916号について説明する。JP-A-57-61916 will be explained below.

第一図はこの特開昭57−61916号の構成説明図で
ある。図において、1aは測定流体が流れる管路、2a
は管路1aに垂直に挿入された柱状の渦発生体で、その
両端は管路1aに固定されている。渦発生体2aの本体
21aはステンレス等からなり、測定流体にカルマン渦
列を生ぜしぬかつ揚力変化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。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the structure of this patent publication No. 57-61916. In the figure, 1a is a pipe through which the measurement fluid flows, 2a
is a columnar vortex generator inserted perpendicularly into the pipe line 1a, and its both ends are fixed to the pipe line 1a. The main body 21a of the vortex generator 2a is made of stainless steel or the like, and has a cross-sectional shape, such as a trapezoid, that does not produce a Karman vortex street in the measured fluid and stably enhances lift changes.

渦発生体2aの頂部22aはステンレス等からなり、凹
部23aを有し本体21aとはi8接等により一体に形
成されている。41aは圧電素子からなる素子本体で、
渦発生体2aの凹部23aにガラス等の絶縁材3a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
素子本体41aは円板状をなし、そのされている。さら
に素子本体41aには、第、ヰ図に示すようにその表と
衷にそれぞれ左右に分割して対称的にMl、 1fI4
2a、 43a、 44.a、 45a  が設けられ
、電極42aと43aで挾まれた部分で第1の圧電セン
サ45aを形成し、電極44aと45aで挾まれた部分
で第2のrE電センサ47aを形成する。そして第1゜
第2の圧電センサ46a、 47aに生ずる電荷が差動
的になるように、電極42aと45aおよび電極43a
と44aが各々結線され、かつ電極42aと44aから
それぞれリード線48a、 49aが絶縁材3aを貫通
して外部に取り出されている。8aは検出信号処理回路
で、圧電センサ46a、 47aで検出した交流;荷q
を交流電圧eに変換する。9aは比鹸器で、交流電圧e
を一定レベルのパルス信号Pに変換するためのものであ
る。IOaはF/V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
。Ila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。
The top 22a of the vortex generator 2a is made of stainless steel or the like, has a recess 23a, and is integrally formed with the main body 21a by i8 contact or the like. 41a is an element body consisting of a piezoelectric element;
It is sealed to the recess 23a of the vortex generator 2a with an insulating material 3a such as glass, and is formed integrally with the vortex generator. Further, the element main body 41a has a disk shape. Furthermore, the element body 41a is divided symmetrically into left and right sides on the front and back, respectively, as shown in Figs.
2a, 43a, 44. a, 45a are provided, the portion sandwiched between electrodes 42a and 43a forms a first piezoelectric sensor 45a, and the portion sandwiched between electrodes 44a and 45a forms a second rE electric sensor 47a. Then, the electrodes 42a and 45a and the electrode 43a are arranged so that the charges generated in the first and second piezoelectric sensors 46a and 47a are differential.
and 44a are connected to each other, and lead wires 48a and 49a are taken out from the electrodes 42a and 44a, respectively, through the insulating material 3a. 8a is a detection signal processing circuit, which detects the AC; load q detected by the piezoelectric sensors 46a and 47a;
Convert to AC voltage e. 9a is a ratio meter, which measures AC voltage e
This is for converting the signal into a pulse signal P of a constant level. IOa is an F/V converter that converts the pulse signal P of the comparator output into a DC voltage E1 proportional to its frequency. Ila is a rectification and smoothing circuit that rectifies and smoothes the AC voltage e.
It is converted into a direct current voltage E2 proportional to its amplitude.

12aは演算回路で、F/VコンバータIOaと整流平
滑回路11aの出力E1.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。
12a is an arithmetic circuit which outputs outputs E1. This is to perform a desired calculation on E2 and extract a signal related to the density or mass flow rate of the fluid from its output.

このように構成した本発明において、管路1a内に測定
流体が流れると、渦発生体2a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2aは揚力変化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2aに生ずる応力変化は絶縁材3aで渦発生体2aに
一体に取付られた素子本体41aに伝達される。したが
って第1.第2の圧電センサ46a、 47a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46a、 47aに生ずる電
荷量は差動的に取り出され、リード線48a、49a間
には交番電荷qが生ずる。交番電荷qは検出信号処理回
路8aで交流電圧eに変換される。交流電圧eの周波数
を比較器9 aおよびF/VコンバータIOaを介して
取り出せば、(4)式の如く一般の渦流量計と同様高周
波E1 − K+V                
    (4)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11aを介して取
り出せば、整流平滑回路11aの出力E2は流体の密度
をρとすると次式で与えられる。
In the present invention configured in this manner, when the measuring fluid flows into the pipe line 1a, the vortex generator 2a generates a Karman vortex and receives a lift change based on the generation of the vortex. When the vortex generating body 2a receives a change in lift, a stress change in the opposite direction is generated inside the vortex generating body 2a across the neutral axis as shown in the figure. This stress change occurring in the vortex generator 2a is transmitted to the element body 41a which is integrally attached to the vortex generator 2a through an insulating material 3a. Therefore, the first. In the second piezoelectric sensors 46a and 47a, changes in the amount of charge that are in opposite phases to each other occur in response to changes in lift force. The amount of electric charge generated in the piezoelectric sensors 46a and 47a is extracted differentially, and an alternating electric charge q is generated between the lead wires 48a and 49a. The alternating charge q is converted into an alternating voltage e by the detection signal processing circuit 8a. If the frequency of the AC voltage e is taken out via the comparator 9a and the F/V converter IOa, the high frequency E1 - K+V as in the general vortex flow meter is obtained as shown in equation (4).
(4) However, K1 is a proportional constant. On the other hand, if the amplitude of the AC voltage e is extracted through the rectifying and smoothing circuit 11a, the output E2 of the rectifying and smoothing circuit 11a is given by the following equation, where ρ is the density of the fluid.

K2− K2 ρy 2            (5
)ただし、K2は比例定数 その出力EOは、 となる。管路1aの断面積をSとすれば、′11呈涼量
Qmは、 Qm宵 ρV S             (7)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。
K2− K2 ρy 2 (5
) However, K2 is a proportionality constant, and its output EO is as follows. If the cross-sectional area of the conduit 1a is S, the cooling amount Qm is given by: Qm ρV S (7) Therefore, Eo is as follows, which is a signal proportional to the mass flow rate.

また演算回路12aで、E、を2乗した後E2を割るよ
うにすれば、出力Eoは、 できる。
Furthermore, if the arithmetic circuit 12a squares E and then divides E2, the output Eo can be obtained as follows.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような装置においては、圧電素子を
使用しているので、温度変化があると、圧電素子の温度
係数の影響により検出精度が著しく悪くなる。また、渦
発生体2aの熱膨張、管路1aの熱膨張の影Cもあり、
温度特性に基づ(精度が石くなる。
(Problems to be Solved by the Invention) However, since such a device uses a piezoelectric element, when there is a temperature change, the detection accuracy deteriorates significantly due to the influence of the temperature coefficient of the piezoelectric element. In addition, there is also a shadow C of the thermal expansion of the vortex generator 2a and the thermal expansion of the pipe line 1a.
Based on temperature characteristics (accuracy becomes stone).

渦流量計においては、出力周波数を対象とするので、圧
電素子の温度に対する感度変化等は問題とされないが、
質量流量計の場合は、揚力の絶対値が必要となるので、
圧電素子の感度変化等は測定イ(0に大きな影響を及ぼ
し、大きな測定誤差を生ずることになる。
In vortex flowmeters, the output frequency is the target, so changes in the piezoelectric element's sensitivity to temperature are not a problem.
In the case of a mass flow meter, the absolute value of the lift force is required, so
Changes in the sensitivity of the piezoelectric element, etc. have a large effect on the measurement value, resulting in large measurement errors.

本発明は、この問題点を解決するものである。The present invention solves this problem.

本発明の目的は、応力検出センサ近くに測温抵抗体を設
置し、この出力により、圧電素子の圧電定数匁のンg度
特性を補償することにより、温度特性の良好な質量流量
計を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a mass flowmeter with good temperature characteristics by installing a resistance temperature detector near the stress detection sensor and using the output thereof to compensate for the piezoelectric constant modulus characteristics of the piezoelectric element. There is something to do.

(問題点を解決するための手段) この目的を達成するために、本発明は、交番力として作
用するカルマン渦信号を利用して測定流体の11量流量
を測定する質量流量計において、測定流体のM’13に
直角に挿入された柱状の受力体と、該受力体の軸方向に
設けられた凹部と、該凹部の前記交番力による応力がほ
ぼ零となる位置に配置された圧電素子を有する第1応力
検出センサと、猛第1応力検出センサ配置位置以外の前
記凹部に配置された第2応力検出センサと、前記凹部に
側面が接触しない隙間を保って挿入され一端がfn前記
応力検出センサを該凹部に押圧固定し他端が前記凹部の
開口部において固定された柱状の押し棒と、前記応力検
出センサを絶縁する絶Sゑ体と、前記応力検出センサか
らの渦信号を信号変換する信号変換回路と、該信号変換
回路からの信号の高周波及び低周波ノイズを低・パさせ
るフィルタ回路と7該フィルタ回路からの信号を増幅す
る第1増幅回路と、該第1増幅回路からの信号をパルス
信号に変換するコンパレータとl該コンパレータからの
信号をその周波数に比例した直流電圧に変換するF/V
コンバータとを具備する第1信号処理回路と、前記信号
変換回路からの48号を増幅する第2増幅回路と、該第
2増幅回路からの信号を検波する検波回路と4該検波回
路からの信号のリップル分を除去する整流回路とを具備
する第2信号処理回路と、該第2信号処理回路からの信
号を前記第1信号処理回路からの信号で割算する割算回
路と、前記第1増幅器からの信号が前記コンパレータの
設定トリガレベルまで達しなくなった場合に、前記割算
回路の出力を0とするゲート回路と、前記第1信号処理
回路と前記割算回路との間あるいは前記第2信号処理回
路と前記割算回路との間のいずれか一方に設けられ前記
圧電素子の圧電定数の温度特性と前記受力体及び前記管
路の温度膨張と前記凹部によって形成される前記受力体
の外部部分と前記応力検出部及び前記絶縁体及び前記固
定体とで1M成される内筒部分との曲げこわさの温度変
化とに基づく温度誤差を補償する補償回路とを具jHi
 シ、前記整流回路の時定数と前記F/Vコンバータの
整流回路の時定数とをほぼ同じにし、かつ前記渦信号の
ビート周波数より大なるようにしてなるM量流量計を構
成したものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, the present invention provides a mass flowmeter that measures the flow rate of a measured fluid by using a Karman vortex signal that acts as an alternating force. A columnar force receiving body inserted at right angles to M'13 of the force receiving body, a recess provided in the axial direction of the force receiving body, and a piezoelectric element disposed at a position where the stress due to the alternating force in the recess is approximately zero. A first stress detection sensor having a first stress detection sensor, a second stress detection sensor disposed in the recess at a position other than the first stress detection sensor arrangement position, and a second stress detection sensor that is inserted with a gap such that its side surface does not come into contact with the recess, and one end thereof A columnar push rod which presses and fixes the stress detection sensor in the recess and whose other end is fixed at the opening of the recess, an insulating body that insulates the stress detection sensor, and a vortex signal from the stress detection sensor. 7. A signal conversion circuit that converts a signal, a filter circuit that reduces high frequency and low frequency noise of the signal from the signal conversion circuit, and 7. a first amplifier circuit that amplifies the signal from the filter circuit, and the first amplifier circuit. A comparator that converts the signal from the comparator into a pulse signal, and an F/V that converts the signal from the comparator into a DC voltage proportional to its frequency.
a first signal processing circuit comprising a converter, a second amplifier circuit that amplifies the signal from the signal conversion circuit, a detection circuit that detects the signal from the second amplifier circuit, and four signals from the detection circuit. a second signal processing circuit comprising a rectifier circuit that removes ripples from the second signal processing circuit; a division circuit that divides the signal from the second signal processing circuit by the signal from the first signal processing circuit; a gate circuit that sets the output of the divider circuit to 0 when the signal from the amplifier no longer reaches the set trigger level of the comparator; and a gate circuit between the first signal processing circuit and the divider circuit or the second divider circuit; The force receiving body is provided between the signal processing circuit and the dividing circuit and is formed by the temperature characteristics of the piezoelectric constant of the piezoelectric element, the temperature expansion of the force receiving body and the conduit, and the recessed portion. and a compensation circuit for compensating for a temperature error based on a temperature change in bending stiffness between the external portion and the inner cylinder portion formed by the stress detection unit, the insulator, and the fixed body for 1M.
B. The M flowmeter is configured such that the time constant of the rectifier circuit and the time constant of the rectifier circuit of the F/V converter are approximately the same and are greater than the beat frequency of the vortex signal. .

(作用) 以上の構成において、測定流体が流れると、カルマン渦
が発生する。このカルマン渦により、受力体に交番力が
作用し、第1.第2応力検出部において、交番の応力が
発生し、これが電気信号として検出される。第1.第2
応力検出部からの渦信号を信号変換回路で信号変換し、
第1信号処理回路で直流信号に変換する。すなわち、フ
ィルタ回路で高周波及び低周波ノイズを低減させ、第1
増幅回路で信号を増幅し、コンパレータでパルス信号に
変換する。次にF/Vコンバータでパルス信号の周波数
に比例した直流電圧に変換する。
(Operation) In the above configuration, when the measurement fluid flows, a Karman vortex is generated. This Karman vortex causes an alternating force to act on the force-receiving body. In the second stress detection section, alternating stress is generated and detected as an electrical signal. 1st. Second
The vortex signal from the stress detection section is converted into a signal by a signal conversion circuit,
A first signal processing circuit converts it into a DC signal. In other words, the filter circuit reduces high frequency and low frequency noise, and the first
The signal is amplified by the amplifier circuit and converted to a pulse signal by the comparator. Next, an F/V converter converts the pulse signal into a DC voltage proportional to its frequency.

−力、信号変換回路からの信号を、第2信号処理回路で
信号処理する。すなわち、第2LIfJ@器で増幅し、
検波回路で検波する。次に整流回路でリップル分を除去
する。
- A second signal processing circuit processes the signal from the signal conversion circuit. That is, amplify with the second LIfJ @ device,
Detected by a detection circuit. Next, a rectifier circuit removes the ripple.

この整流回路からの信号を割算回路において、F/Vコ
ンバータからの信号で割算して質11流量に対応した電
気信号を得る。
The signal from this rectifier circuit is divided by the signal from the F/V converter in a dividing circuit to obtain an electrical signal corresponding to the flow rate.

一方、第1増幅器からの信号がコンパレータの設定トリ
ガレベルまで達しない賜金には、F/Vコンバータから
の信号によりゲート回路により割算回路からの出力を0
とする。
On the other hand, if the signal from the first amplifier does not reach the set trigger level of the comparator, the output from the divider circuit is reduced to 0 by the gate circuit by the signal from the F/V converter.
shall be.

更に、圧電素子の圧電定数と、受力体及び管路の温度膨
張と、外的部と内筒部との曲げこわざの温度変化に基づ
く温度誤差を補償する補償回路により温度補償する。
Furthermore, temperature compensation is performed by a compensation circuit that compensates for temperature errors based on the piezoelectric constant of the piezoelectric element, the temperature expansion of the force receiving body and the conduit, and the temperature change due to bending between the outer part and the inner cylindrical part.

以下、実施例について説明する。Examples will be described below.

(実施例) 第1図(A)(B)は、本発明の一実施例の構成説明図
で(A)は正面図、(B)は側面図、第2図は第1図の
検出器部を断面で示す構成説明図、第3図は第2図の曲
げモーメント線図である。
(Embodiment) Figures 1 (A) and (B) are explanatory diagrams of the configuration of an embodiment of the present invention, in which (A) is a front view, (B) is a side view, and Figure 2 is the detector shown in Figure 1. FIG. 3 is a diagram illustrating the bending moment shown in FIG. 2.

図において、10は渦流量計検出2;、20は渦流量計
変換器である。
In the figure, 10 is a vortex flowmeter detection 2; and 20 is a vortex flowmeter converter.

渦流量計検出器10において、11は測定流体が流れる
管路、12は管路11に直角に設けられた円筒状のノズ
ル、13はノズル12を通して管路11に直角に挿入さ
れた柱状の渦発生体で、ステンレス等からなりその上D
m131はノズルI2にネジまたは溶接により固定され
、下端132はプラグにより管路11に支持されている
6渦発生体13の測定流体と接する接流体部分133は
測定流体にカルマン渦列を生ザしぬ、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、また
上端131側には凹部134を有している。135は凹
部134によって渦発生体13に形成される外筒部であ
る。14はセンサ部で、渦発生体13の凹部134内に
第1の応力検出センサ142と第2の応力検出センサ1
41とが一定間隔おいて押圧固定されている。而して、
第1゜第2の応力検出センサ142.141は、第3図
に示す如く、外乱力Nによって渦発生体13に生ずる応
力が字となる位置Aの同−側又は両側に配置されている
。以下では、同一側に配置された賜金について説明する
。センサ部14において、ステンレス等の下143は第
1の応力検出センサ142と凹部134の底面とのバッ
ファの役目をし、凹部134の底面の加工上のあらさ管
理の困難さを補うものである。ステンレス等の第1のス
ペーサ144とセラミック等の絶縁板145およびステ
ンレス等の第2のスペーサ+46は第1の応力検出セン
サ142と第2の応力検出センサ141 との間隔を決
めるとともに、両者の絶縁を行うためのものである。ス
テンレス等の押し棒147はセンサ141.142を押
圧した状態で渦発生体13の上端+31に溶接され、セ
ンサ141、142を押圧固定するものである。なおセ
ンサ部14は渦発生体13に下敷+43と押し棒147
の上部のみで接触するようになっている。応力検出セン
サ141.142は円板状の圧電素子140からなり、
そ◆ の中心が渦発生体13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+40には第4図(〜斜視図
に示すようにその表と裏にそれぞれ測定流体の流れ方向
(図の矢印方向)に対して左右に分割して対称的に電極
+401.1402.1403.1404が設けられ、
かつ第4図(B)に示す如く矢印方向(渦の揚力方向)
のノJによる曲げモーメントによって中立軸を挟んで互
いに逆方同に発生する[F]力(圧縮応力と引張応力)
に対応して電極1401.1402間に生ずる電荷と、
電極1403.1404間に生ずる電荷とが同極性にな
るように反転分極されている。このため第4図(C)に
示すように同方向に発生する応力に対しては両?l極間
に互いに逆極性の電荷が発生する。また測定流体の流れ
方向の応力によって発生する電荷型は電極間でキャンセ
ルされて出てこす、また流れ方向の配管振動によって発
生する電vJ量も電極間で互いにキャンセルされて出て
こない。
In the vortex flow meter detector 10, 11 is a pipe through which the fluid to be measured flows, 12 is a cylindrical nozzle provided perpendicularly to the pipe 11, and 13 is a columnar vortex inserted perpendicularly into the pipe 11 through the nozzle 12. A generator made of stainless steel etc.
m131 is fixed to the nozzle I2 by screws or welding, and the lower end 132 is supported by the pipe line 11 by a plug.The fluid contact part 133 of the six vortex generators 13 that contacts the fluid to be measured produces a Karman vortex street in the fluid to be measured. It has a cross-sectional shape, such as a trapezoid, for example, so as to stabilize and strengthen changes in lift, and has a recess 134 on the upper end 131 side. 135 is an outer cylindrical portion formed in the vortex generator 13 by the recess 134. 14 is a sensor section, in which a first stress detection sensor 142 and a second stress detection sensor 1 are installed in the recess 134 of the vortex generator 13.
41 are pressed and fixed at regular intervals. Then,
As shown in FIG. 3, the first and second stress detection sensors 142 and 141 are arranged on the same side or on both sides of the position A where the stress generated in the vortex generator 13 by the disturbance force N forms a letter. Below, we will explain the gifts placed on the same side. In the sensor section 14, the bottom 143 made of stainless steel or the like acts as a buffer between the first stress detection sensor 142 and the bottom surface of the recess 134, and compensates for the difficulty in controlling the roughness of the bottom surface of the recess 134 during processing. A first spacer 144 made of stainless steel or the like, an insulating plate 145 made of ceramic or the like, and a second spacer +46 made of stainless steel determine the distance between the first stress detection sensor 142 and the second stress detection sensor 141, and also provide insulation between them. It is for carrying out. A push rod 147 made of stainless steel or the like is welded to the upper end +31 of the vortex generator 13 while pressing the sensors 141 and 142, and presses and fixes the sensors 141 and 142. In addition, the sensor part 14 is attached to the vortex generator 13 with an underlay +43 and a push rod 147.
It is designed to make contact only at the top of the The stress detection sensors 141 and 142 are composed of a disk-shaped piezoelectric element 140,
The center of the ◆ is arranged so that it coincides with the neutral axis of the vortex generator 13. Further, the piezoelectric element +40 has electrodes +401, 1402, symmetrically divided into left and right sides with respect to the flow direction of the measurement fluid (arrow direction in the figure) on the front and back sides of the piezoelectric element +40, respectively, as shown in the perspective view of FIG. 1403.1404 is provided,
and in the direction of the arrow (direction of lift of the vortex) as shown in Figure 4 (B)
[F] force (compressive stress and tensile stress) generated in opposite directions across the neutral axis due to the bending moment due to J
A charge generated between electrodes 1401 and 1402 in response to
The polarization is reversed so that the charges generated between the electrodes 1403 and 1404 have the same polarity. Therefore, as shown in Fig. 4(C), for stresses occurring in the same direction, both sides are affected. Charges of opposite polarity are generated between the l poles. In addition, charges generated by stress in the flow direction of the fluid to be measured are canceled between the electrodes and do not appear, and electric charges VJ generated by pipe vibration in the flow direction are also canceled between the electrodes and do not appear.

第2の応力検出センサ141は電極1401.1402
問および電極1403.1404間にそれぞれ生ずる同
極性の電荷の和を出力電荷91とし逆極性の電荷をキャ
ンセルするために、電極1401と1403とが押し棒
147を介して共通に渦発生体13すなわち基準点に接
続され、電極1402と1404とがスペーサ+46を
介して共通にリード線1481に接続されている。第1
の応力検出センサ142は電極1401.1402問お
よび1403゜1404間にそれぞれ生ずる同極性の電
荷の和を出力電荷q2とし′&極性の電荷をキャンセル
して、かつq、とは極性を反転させるために、電極14
01と1403がスペーサ144を介して共通にリード
線1482に接続され、電極1402と1404とが下
敷143を介して共通に渦発生体13すなわち基準的に
接続されている。
The second stress detection sensor 141 has electrodes 1401 and 1402.
In order to make the sum of charges of the same polarity generated between the electrodes 1403 and 1404 the output charge 91 and cancel the charges of opposite polarity, the electrodes 1401 and 1403 are commonly connected to the vortex generator 13 through a push rod 147. It is connected to a reference point, and electrodes 1402 and 1404 are commonly connected to a lead wire 1481 via a spacer +46. 1st
The stress detection sensor 142 outputs the sum of the charges of the same polarity generated between the electrodes 1401, 1402 and 1403 and 1404 as the output charge q2, and cancels the charges of '& polarity, and reverses the polarity with q. , the electrode 14
01 and 1403 are commonly connected to a lead wire 1482 via a spacer 144, and electrodes 1402 and 1404 are commonly connected to the vortex generator 13, ie, reference, via an underlay 143.

リード線1481.1482はセンサ部14の各部品に
設けられた貫通孔およびハーメチックシール148を介
して外部に取り出され、渦流量計変換器20に接続され
る。なお渦発生体13の凹部134とセンサ部14で囲
まれた部分には結露防止のために、露点の低いガスが封
入されており、押し棒147には封入ガス用の連通孔1
49が設けられている。
The lead wires 1481 and 1482 are taken out to the outside through the through holes provided in each part of the sensor section 14 and the hermetic seal 148, and connected to the vortex flow meter converter 20. In order to prevent dew condensation, a gas with a low dew point is filled in the part of the vortex generator 13 surrounded by the recess 134 and the sensor part 14, and the push rod 147 has a communication hole 1 for the filled gas.
49 are provided.

第5図は第2図の電気回路30(第2図に図示せず)の
ブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of the electrical circuit 30 of FIG. 2 (not shown in FIG. 2).

31.32はチャージコンバータで、応力検出センサ1
4L142で検出した交流電荷q1.Q2を交流電圧E
31.E32に変換する。33は加減算回路で、チャー
ジコンバータ3+、32から出力を加算して交流電圧E
33 とする。51は加減算回路33からの信号のiB
度補償を行う温度補償回路である6温度補償回路5Iは
、第2図に示す如く、第2応力検出センサ141近くの
固定体147に設けられた測温抵抗体511を含む。測
温抵抗体511は、この温合は、固定体の出力Ea+、
E3e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E12を取り出す。43はゲ
ート回路で、第1増幅回路38からの交流電圧E311
がシュミット回路39の設定トリガレベルにまで達しな
くなった温合に、割算回路42の出力を0とする。而し
て、整流回路36の時定数とF/Vコンバータ41の時
定数をほぼ同じにし、かつ、渦信号のビート周波数より
大なるように構成されている。
31.32 is a charge converter and stress detection sensor 1
AC charge q1. detected by 4L142. Q2 is AC voltage E
31. Convert to E32. 33 is an addition/subtraction circuit which adds the outputs from charge converter 3+ and 32 to obtain AC voltage E.
33. 51 is iB of the signal from the addition/subtraction circuit 33
The temperature compensation circuit 5I, which is a temperature compensation circuit that performs temperature compensation, includes a temperature sensing resistor 511 provided on the fixed body 147 near the second stress detection sensor 141, as shown in FIG. The temperature of the resistance temperature detector 511 is determined by the fixed body output Ea+,
A desired calculation is performed on E3e, and a signal E12 related to the density or mass flow rate of the fluid is extracted from its output. 43 is a gate circuit, which receives the AC voltage E311 from the first amplifier circuit 38.
When the temperature does not reach the set trigger level of the Schmitt circuit 39, the output of the divider circuit 42 is set to 0. Thus, the time constant of the rectifier circuit 36 and the time constant of the F/V converter 41 are made substantially the same and are configured to be greater than the beat frequency of the vortex signal.

以上の構成において、変動揚力信号の絶対値を正確に検
出するため渦周波数の帯域内でフラットなf特性の信号
変換回!′3(チャージコンバータ31゜32と加減算
回路33)で物理量を電気量に変換した後、同様に渦周
波数の帯域内でフラットなf特性を有する第2増幅回路
34で増幅し、そのまま検波回路35の入力とした。
In the above configuration, in order to accurately detect the absolute value of the fluctuating lift signal, there is a signal conversion circuit with a flat f characteristic within the vortex frequency band! '3 (charge converter 31, 32 and addition/subtraction circuit 33) convert the physical quantity into an electrical quantity, and then amplify it in the second amplifier circuit 34, which similarly has a flat f characteristic within the vortex frequency band, and directly convert it to the detection circuit 35. was used as the input.

一力、渦周波数検出は(i号変換回路(チャージコンバ
ータ3+、 32と加減算回路33)を通った後、渦信
号に含まれている高周波及び低周波ノイズを低減させる
ため、フィルタ回路37と第1増幅回路147に設けら
れた凹部1471に、熱伝達がよく、また、固定体14
7を構成する金屑の熱膨張係数に等しい耐熱性のあるエ
ポキシ樹脂、または、セラミック充填材を使用して封入
されている。34は第2増幅回路で、交流電圧E33を
増幅し交流電圧E34とする。35は検波回路で、交流
電圧E34を検波しEsfiとする。36は整流回路で
、交流電圧E35のリップル分を除去する。第2増幅回
路34と検波回路35と整流回路36とで第2信号処理
回路302を構成する。37はフィルタ回路で、交流電
圧E13に含まれる低周波あるいは高周波のノイズを除
去し、交流電圧E37とする。38は第1増幅回路で、
交流電圧E)7を増幅し、交流電圧E、aとする。39
はシュミットトリガ−回路で、交流電圧E38を一定レ
ベルのパルス信号P39に変換する。41はF/Vコン
バータで、パルス信号PIIlをその周波数に比例した
直流電圧E41に変換する。フィルタ回路37と第1増
幅回路38とシュミットトリガ−回路39とF/Vコン
バータ4Iとで第1信号処理回路30+を構成する。
In order to reduce the high frequency and low frequency noise contained in the vortex signal, the vortex frequency detection is performed using a filter circuit 37 and a The recess 1471 provided in the first amplifier circuit 147 has good heat transfer, and the fixed body 14
It is sealed using a heat-resistant epoxy resin or ceramic filler whose coefficient of thermal expansion is equal to that of the metal chips constituting 7. 34 is a second amplification circuit that amplifies the AC voltage E33 to obtain an AC voltage E34. 35 is a detection circuit that detects the AC voltage E34 and sets it as Esfi. 36 is a rectifier circuit that removes ripples from the AC voltage E35. The second amplifier circuit 34, the detection circuit 35, and the rectifier circuit 36 constitute a second signal processing circuit 302. A filter circuit 37 removes low-frequency or high-frequency noise contained in the AC voltage E13 to obtain an AC voltage E37. 38 is the first amplifier circuit;
AC voltage E) 7 is amplified to obtain AC voltage E, a. 39
is a Schmitt trigger circuit which converts the AC voltage E38 into a constant level pulse signal P39. 41 is an F/V converter which converts the pulse signal PIIl into a DC voltage E41 proportional to its frequency. The filter circuit 37, the first amplifier circuit 38, the Schmitt trigger circuit 39, and the F/V converter 4I constitute a first signal processing circuit 30+.

42は割算回路で、F/Vコンバータ41と整流口!8
3638を通した後、シュミット回路(コンパレータ)
39の入力とした。
42 is a divider circuit, F/V converter 41 and rectifier port! 8
After passing through 3638, Schmitt circuit (comparator)
There were 39 inputs.

以上の結果、変動揚力信号検出回路と渦周波数検出回路
とを信号変換回路の直後から別々に分けることにより、
変動揚力信号の絶対値を正確に測定することと、確実に
渦周波数を検出することとを両立させることができた。
As a result of the above, by separating the variable lift signal detection circuit and the vortex frequency detection circuit immediately after the signal conversion circuit,
It was possible to both accurately measure the absolute value of the fluctuating lift signal and reliably detect the vortex frequency.

次に、第1図実施例においては、第6図に示す如く、変
動揚力FLは下記の式で表わされる。
Next, in the embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 6, the variable lift force FL is expressed by the following formula.

但し ζ C肝変動揚力係数 ρ;密度 ■;流速 d;渦発生体の流れに対向する径 n:eef内径 したがって、変動揚力FLによる渦発生体13の信号曲
げモーメントMsは ρ;渦発生体の長手方向の長さ X:上部固定端からの距離 センサ部14の曲げモーメントH°は外筒部135と゛
の曲げこわさの比となるから 1゜;センサ部14の断面二次モーメントE0;〃  
 のヤング率 11;外筒部+35の断面二次モーメントE1:〃  
 のヤング率 よってセンサ部14の応力は y;中立軸からの距離 圧電素子からなる応力検出センサ141.142の発S
;圧電素子140の面積 dl、;圧電定数 となる。
However, ζ C liver fluctuating lift coefficient ρ; density ■; flow velocity d; diameter of the vortex generator facing the flow n: eef inner diameter Therefore, the signal bending moment Ms of the vortex generator 13 due to the fluctuating lift FL is ρ; Length in the longitudinal direction
Young's modulus of 11; moment of inertia of outer cylinder +35 E1:
The stress in the sensor part 14 is y according to the Young's modulus of
; Area dl of the piezoelectric element 140; ; Piezoelectric constant.

(14)〜(18)式より Qs−M’5ccp V2(19) における■は偉績流量をQとすると、 の質量流量を得ている。From equations (14) to (18) Qs-M’5ccp V2 (19) If ■ is the achievement flow rate as Q, then The mass flow rate is obtained.

この当合、温度変化があると、(I4)〜(21)式で
示される定数が変化し、誤差を生じる。
In this case, if there is a temperature change, the constants represented by equations (I4) to (21) change, causing an error.

この温度誤差のうち最も大きいものは圧電素子の圧電定
数dllの温度特性である。又、IIEI/1oEo及
びり、dのン易度変化も比較的大きく、精密な質量流量
の測定では問題となる。
The largest temperature error is the temperature characteristic of the piezoelectric constant dll of the piezoelectric element. In addition, the change in the degree of change in IIEI/1oEo and d is also relatively large, which poses a problem in accurate mass flow rate measurement.

二 第5図においては、浸度補正の原理ブロック図を示した
が、具体的な数値及び回路定数で説明する。
2. Although FIG. 5 shows a block diagram of the principle of immersion correction, the explanation will be made using specific numerical values and circuit constants.

今、圧電素子として、たとえば水晶を使用すると、これ
の圧電定数dllの温度係数は罰、OI6%/℃又11
EI、/ 1oEo、及びり、dの温度変化が−0,0
04%/’Cとすると、トータルで−0,02%/’C
の温度補正を行う必要がある。白金測温抵抗体を使用す
るとして、+000を用いるとすると、第7図に示す如
く、温度係数は非直線性を有するが、0度から200度
の間では0.38570/”Cの直線と考えるとする。
Now, if we use a crystal, for example, as a piezoelectric element, the temperature coefficient of its piezoelectric constant dll will be 6%/℃ or 11
EI, / 1oEo, and temperature change of d is -0,0
04%/'C, the total is -0.02%/'C
It is necessary to perform temperature correction. If a platinum resistance thermometer is used and +000 is used, the temperature coefficient has non-linearity as shown in Figure 7, but between 0 degrees and 200 degrees it becomes a straight line of 0.38570/"C. Let's think about it.

第8図に示す如く、増幅器512の帰還回路を白金10
0Ωと抵抗R,とで構成する。但し177゜13+R+
= (1+ 0.02x200 )  (100+R+
)よりR,−18280とする。
As shown in FIG. 8, the feedback circuit of the amplifier 512 is
It consists of 0Ω and a resistor R. However, 177°13+R+
= (1+ 0.02x200) (100+R+
) to R, -18280.

すなわち、温度補償回路51のゲインを1゛C当り+0
.02%増加するようにすれば、温度誤差は補正できる
In other words, the gain of the temperature compensation circuit 51 is +0 per 1°C.
.. The temperature error can be corrected by increasing the temperature by 0.02%.

但し、白金測温抵抗体の温度特性はノンリニアであり、
200°C以外では誤差となるが、いずれ毛0°C〜3
00℃の温度範囲では質量流量の誤差としては0.1%
以下となり無視できる。
However, the temperature characteristics of platinum resistance thermometers are nonlinear;
There will be an error at temperatures other than 200°C, but the hair will eventually reach 0°C to 3°C.
In the temperature range of 00℃, the mass flow rate error is 0.1%.
It is as follows and can be ignored.

この結果、圧電素子の圧電定数等の湿度特性を補(nす
ることにより、温度特性の良好な質量流量計が得られる
As a result, by supplementing the humidity characteristics such as the piezoelectric constant of the piezoelectric element, a mass flowmeter with good temperature characteristics can be obtained.

第9図は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the main part configuration of another embodiment of the present invention.

本実施例においては、第1信号処理回路301と割算回
路42との間に温度補償回路61を設けたものである。
In this embodiment, a temperature compensation circuit 61 is provided between the first signal processing circuit 301 and the division circuit 42.

すなわち、演算回路42の分母側を温度補償するように
したものである。(ρv2)/vにおいて、ρv2が−
0,02%/’Cとなる温度係数を有するところから、
■を同様に−0,02%/’C補信すれば、温度補償が
可能となる。
That is, the denominator side of the arithmetic circuit 42 is temperature compensated. (ρv2)/v, ρv2 is −
Since it has a temperature coefficient of 0.02%/'C,
Temperature compensation becomes possible by similarly supplementing (2) by -0.02%/'C.

温度補償回路61の具体的構成例を第10図に示す。A specific example of the configuration of the temperature compensation circuit 61 is shown in FIG.

増幅器611の入力段を白金100Ωと抵抗R2とで構
成したものである。但し、 よりR,=17510とする。
The input stage of the amplifier 611 is composed of platinum of 100Ω and a resistor R2. However, from R,=17510.

なお、温度補償回路61は増幅器611がない単純な分
圧回路でもよいことは勿論である。
It goes without saying that the temperature compensation circuit 61 may be a simple voltage dividing circuit without the amplifier 611.

なお、前述の実施例においては温度補r4回路51は、
第2増幅回路34の前に配置したが、検波回路35ある
いは整流回路36の前に配置してもよいことは勿論であ
る。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the temperature compensation r4 circuit 51 is
Although it is arranged before the second amplifier circuit 34, it goes without saying that it may be arranged before the detection circuit 35 or the rectifier circuit 36.

また、曲述の実施例においては、−+4固定、一端支持
した渦発生体の交番応力を検出する、いわゆる応力検出
方式を用いたものについて説明したが、一端固定、一端
自由にした渦発生体の交番応力を検出するものでもよい
In addition, in the described embodiment, a so-called stress detection method was described in which the alternating stress of a vortex generator with -+4 fixed and one end supported was detected, but a vortex generator with one end fixed and one end free was described. It may also be a device that detects alternating stress.

また、変動揚力を検出する他の力検出方式、たとえば、
変位、ひずみ、トルク等においても、湿度変化によるセ
ンサの機械的な定数(ヤング率。
Also, other force detection methods for detecting fluctuating lift forces, e.g.
The sensor's mechanical constant (Young's modulus) due to changes in humidity also applies to displacement, strain, torque, etc.

ばね定数)の変化を温度補償してやれば、カルマン渦を
利用した質量流量計が構成できる。
By temperature-compensating changes in the spring constant, a mass flowmeter using Karman vortices can be constructed.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明は、交岳力として作用する
カルマン渦信号を利用して測定流体の質】流量を測定す
る質量流量計において、測定流体の管路に直角に挿入さ
れた柱状の受力体と、該受力体の軸方向に設けられた凹
部と、該凹部の前記交番力による応力がほぼ零となる位
置に配置された圧電素子を有する第1応力検出センサと
、該第1応ツノ検出センサ配置位置以外の前記凹部に配
置された第2応力検出センサと、前記凹部に側面が接触
しない隙間を保って挿入され一端が前記応力検出センサ
を該凹部に押圧固定し他端が11iI記凹部の開口部に
おいて固定された柱状の押し棒と、前記応力検出センサ
を絶縁する絶縁体と、前記応力検出センサからの渦信号
を信号変換する信号変換回路と、該信号変換回路からの
信号の高周波及び低周波ノイズを低減させるフィルタ回
路と、該フィルタ回路からの信号を増幅する第1増幅回
路と該第1増幅回路からの信号をパルス信号に変換する
コンパレータとl該コンパレータからの13号をその周
波数に比例した直流電圧に変換するF/Vコンバータと
を具備する第1信号処理回路と、n1J記信号変換回路
からの信号を増幅する第2増幅回路と、該第2増幅回路
からの信号を検波する検波回路と、該検波回路からの信
号のリップル分を除去する整流回路とを具61hする第
2信号処理回路と、該第2信号処理回路からの信号をl
li前記第1信号処理回路からの信号で割算する割算回
路と、助記第1増幅器からの信号が前記コンパレータの
設定トリガレベルまで達しなくなった場合に、前記割算
回路の出力をOとするゲート回路と、前記第1fa号処
理回路と前記割算回路との間あるいは前記第2信号処理
回路と前記割算回路との間のいずれか一方に設けられ前
記圧電素子の圧電定数の温度特性と前記受力体及び前記
管路の?昌度膨張と前記凹部によって形成される前記受
力体の外筒部分と前記応力検出部及び前記絶縁体及び前
記固定体とで構成される内筒部分との曲げこわさの温度
変化とに基づくン昌度誤差を補償する補償回路とを具備
し、前記整流回路の時定数と1IiI記F/Vコンバー
タの整流回路の時定数とをほぼ同じにし、かつ前記渦信
号のビート周波数より大なるようにしてなる質量流量計
を構成したので、圧電素子の圧電定数、受力体及び管路
の温度膨張、外筒部分と内筒部分との曲げ二わさの温度
変化等に基づく温度誤差を補償する二とができる。
(Effects of the Invention) As explained above, the present invention provides a mass flowmeter that measures the flow rate of a fluid to be measured using Karman vortex signals that act as cross-over forces. A first stress detection device that includes an inserted columnar force receiving body, a recess provided in the axial direction of the force receiving body, and a piezoelectric element disposed at a position where the stress due to the alternating force in the recess is approximately zero. a second stress detection sensor disposed in the recess other than the first horn detection sensor arrangement position; the second stress detection sensor is inserted into the recess with a gap such that the side surfaces thereof do not come into contact with each other; a columnar push rod that is pressed and fixed and whose other end is fixed at the opening of the concave portion 11iI; an insulator that insulates the stress detection sensor; a signal conversion circuit that converts the vortex signal from the stress detection sensor; a filter circuit that reduces high frequency and low frequency noise in a signal from the signal conversion circuit; a first amplifier circuit that amplifies the signal from the filter circuit; and a comparator that converts the signal from the first amplifier circuit into a pulse signal. l A first signal processing circuit comprising an F/V converter that converts No. 13 from the comparator into a DC voltage proportional to its frequency, and a second amplification circuit that amplifies the signal from the signal conversion circuit No. 1J, a second signal processing circuit comprising a detection circuit for detecting a signal from the second amplifier circuit and a rectification circuit for removing ripples from the signal from the detection circuit; and a signal from the second signal processing circuit. l
li A division circuit that divides by the signal from the first signal processing circuit, and an output of the division circuit set to O when the signal from the first amplifier no longer reaches the set trigger level of the comparator. temperature characteristics of the piezoelectric constant of the piezoelectric element provided between the first FA processing circuit and the division circuit or between the second signal processing circuit and the division circuit; and of the force receiving body and the conduit? The bending stiffness of the outer cylinder portion of the force-receiving body formed by the concave portion and the inner cylinder portion constituted by the stress detection portion, the insulator, and the fixing body is based on the temperature change. a compensation circuit for compensating for the amplitude error, and the time constant of the rectifier circuit and the time constant of the rectifier circuit of the F/V converter described in 1IiI are made substantially the same and larger than the beat frequency of the vortex signal. Since the mass flowmeter is constructed with a mass flowmeter of I can do two things.

したがって、本発明によれば、応力検出センサ近くに測
温抵抗体を設置し、この出力により圧電素子の圧電定数
等の温度特性を補償することにより、温度特性の良好な
質量流量計を実現することができる。
Therefore, according to the present invention, a mass flowmeter with good temperature characteristics can be realized by installing a resistance temperature detector near the stress detection sensor and compensating for the temperature characteristics such as the piezoelectric constant of the piezoelectric element using the output thereof. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の構成説明図で、(A)は正
面図、(B)は側面図、第2図は第1図の検出器部を断
面で示す構成説明図、fJS3図は第2図の動作説明図
、第4図は第2図の要部説明図、第5図は第1図の電気
回路図、第6図、第7図、第8図は第2図の動作説明図
、第9図は本発明の他の実施例の要部構成説明図、第1
0図は第9図の要部構成説明図、第11図は管路に渦発
生体が配置された場合の揚力等の説明図、第12図は抗
力係数の説明図、第13図は従来より一般に使用されて
いる従来例の構成説明図、第14図は第13図の部品説
明図。 10・・・渦流量検出器、11・・・管路、12・・・
ノズル、13・・・渦発生体、131・・・上端、13
2・・・下端、133・・・広原体部分、134・・・
凹部、135・・・外筒部、14・・・センサ部、+4
0・・・圧電素子、141・・・第2の応力検出センサ
、142・・・第1の応力検出センサ、+43・・・下
敷、144・・・第1のスペーサ、145・・・絶縁板
、146・・・第2のスペーサ、147・・・押し棒、
147I・・・凹部、1372・・・充填材、+48・
・・ハーメチックシール、 148+。 I482・・・リード線、149・・・連通孔、+40
1.1402.1403゜1404・・・電極、15・
・・ラビリエンス流路、+51・・・フィン、152・
・・拡大室、20・・・渦流量計変換器、30・・・電
気回路、301・・・第1信号処理回路、302・・・
第2信号処理回路、31.32・・・チャージコンバー
タ、33・・・加減算回路、34・・・第2増幅回路、
35・・・検波回路、36・・・整流回路、37・・・
フィルタ回路、38・・・第1増幅回路、39・・・シ
ュミットトリガ回路、41・・・F/Vコンバータ、4
2・・・割算回路、43・・・ゲート回路、51.61
・・・温度補償回路、511・・・測温延抗体、512
.612・・・増幅器。 第1図 (A) @3図 第4図 (A) (I3) 応ガ 第、1図 i図 第7図 わ 区 第11図 第1Z図 第t3図 第14図
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of an embodiment of the present invention, (A) is a front view, (B) is a side view, and FIG. 2 is a configuration explanatory diagram showing a cross section of the detector section of FIG. 1, fJS3 The figure is an explanatory diagram of the operation of Figure 2, Figure 4 is an explanatory diagram of the main part of Figure 2, Figure 5 is the electric circuit diagram of Figure 1, and Figures 6, 7, and 8 are the diagrams of Figure 2. FIG. 9 is an explanatory diagram of the main part configuration of another embodiment of the present invention.
Fig. 0 is an explanatory diagram of the main part configuration of Fig. 9, Fig. 11 is an explanatory diagram of lift, etc. when a vortex generating body is placed in the pipe, Fig. 12 is an explanatory diagram of the drag coefficient, and Fig. 13 is an explanatory diagram of the conventional FIG. 14 is an explanatory diagram of the configuration of a conventional example that is more commonly used, and FIG. 14 is an explanatory diagram of the parts of FIG. 13. 10... Vortex flow rate detector, 11... Pipe line, 12...
Nozzle, 13... Vortex generator, 131... Upper end, 13
2...lower end, 133...platform body part, 134...
Recessed portion, 135...Outer cylinder portion, 14...Sensor portion, +4
0... Piezoelectric element, 141... Second stress detection sensor, 142... First stress detection sensor, +43... Underlay, 144... First spacer, 145... Insulating plate , 146... second spacer, 147... push rod,
147I... recess, 1372... filler, +48.
...Hermetic seal, 148+. I482...Lead wire, 149...Communication hole, +40
1.1402.1403゜1404... Electrode, 15.
... Labyrinth flow path, +51 ... Fin, 152.
... Enlargement chamber, 20... Vortex flow meter converter, 30... Electric circuit, 301... First signal processing circuit, 302...
2nd signal processing circuit, 31. 32... Charge converter, 33... Addition/subtraction circuit, 34... Second amplifier circuit,
35... Detection circuit, 36... Rectifier circuit, 37...
Filter circuit, 38... First amplifier circuit, 39... Schmitt trigger circuit, 41... F/V converter, 4
2... Division circuit, 43... Gate circuit, 51.61
... Temperature compensation circuit, 511 ... Temperature measuring antibody, 512
.. 612...Amplifier. Figure 1 (A) @ Figure 3 Figure 4 (A) (I3) Figure 1 Figure i Figure 7 Ward Figure 11 Figure 1Z Figure t3 Figure 14

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 交番力として作用するカルマン渦信号を利用して測定流
体の質量流量を測定する質量流量計において、測定流体
の管路に直角に挿入された柱状の受力体と、該受力体の
軸方向に設けられた凹部と、該凹部の前記交番力による
応力がほぼ零となる位置に配置された圧電素子を有する
第1応力検出センサと、該第1応力検出センサ配置位置
以外の前記凹部に配置された第2応力検出センサと、前
記凹部に側面が接触しない隙間を保って挿入され一端が
前記応力検出センサを該凹部に押圧固定し他端が前記凹
部の開口部において固定された柱状の押し棒と、前記応
力検出センサを絶縁する絶縁体と、前記応力検出センサ
からの渦信号を信号変換する信号変換回路と、該信号変
換回路からの信号の高周波及び低周波ノイズを低減させ
るフィルタ回路と該フィルタ回路からの信号を増幅する
第1増幅回路と該第1増幅回路からの信号をパルス信号
に変換するコンパレータと該コンパレータからの信号を
その周波数に比例した直流電圧に変換するF/Vコンバ
ータとを具備する第1信号処理回路と、前記信号変換回
路からの信号を増幅する第2増幅回路と該第2増幅回路
からの信号を検波する検波回路と該検波回路からの信号
のリップル分を除去する整流回路とを具備する第2信号
処理回路と、該第2信号処理回路からの信号を前記第1
信号処理回路からの信号で割算する割算回路と、前記第
1増幅器からの信号が前記コンパレータの設定トリガレ
ベルまで達しなくなった場合に、前記割算回路の出力を
0とするゲート回路と、前記第1信号処理回路と前記割
算回路との間あるいは前記第2信号処理回路と前記割算
回路との間のいずれか一方に設けられ前記圧電素子の圧
電定数の温度特性と前記受力体及び前記管路の温度膨張
と前記凹部によって形成される前記受力体の外筒部分と
前記応力検出部及び前記絶縁体及び前記固定体とで構成
される内筒部分との曲げこわさの温度変化とに基づく温
度誤差を補償する補償回路とを具備し、前記整流回路の
時定数と前記F/Vコンバータの整流回路の時定数とを
ほぼ同じにし、かつ前記渦信号のビート周波数より大な
るようにしてなる質量流量計。
In a mass flow meter that measures the mass flow rate of a fluid to be measured using a Karman vortex signal that acts as an alternating force, there is a columnar force-receiving body inserted perpendicularly into the pipeline of the fluid to be measured, and an axial direction of the force-receiving body. a first stress detection sensor having a piezoelectric element disposed at a position where stress due to the alternating force in the recess is substantially zero; and a first stress detection sensor disposed in the recess at a position other than the first stress detection sensor arrangement position. a second stress detection sensor, which is inserted into the recess with a gap such that its side surfaces do not come into contact with each other, and has one end that presses and fixes the stress detection sensor in the recess, and the other end that is fixed at the opening of the recess. a rod, an insulator that insulates the stress detection sensor, a signal conversion circuit that converts the vortex signal from the stress detection sensor, and a filter circuit that reduces high frequency and low frequency noise of the signal from the signal conversion circuit. A first amplifier circuit that amplifies the signal from the filter circuit, a comparator that converts the signal from the first amplifier circuit into a pulse signal, and an F/V converter that converts the signal from the comparator into a DC voltage proportional to its frequency. a first signal processing circuit comprising: a second amplifier circuit that amplifies the signal from the signal conversion circuit; a detection circuit that detects the signal from the second amplifier circuit; and a ripple component of the signal from the detection circuit. a second signal processing circuit comprising a rectifying circuit for removing the signal; and a signal from the second signal processing circuit to the first signal processing circuit.
a division circuit that divides by a signal from a signal processing circuit; and a gate circuit that sets the output of the division circuit to 0 when the signal from the first amplifier no longer reaches a set trigger level of the comparator; Temperature characteristics of the piezoelectric constant of the piezoelectric element provided between the first signal processing circuit and the division circuit or between the second signal processing circuit and the division circuit and the force receiving body and a temperature change in bending stiffness between the outer cylindrical portion of the force receiving body formed by the temperature expansion of the conduit and the recess, and the inner cylindrical portion composed of the stress detection portion, the insulator, and the fixed body. and a compensation circuit for compensating for a temperature error based on the vortex signal, the time constant of the rectifier circuit being substantially the same as the time constant of the rectifier circuit of the F/V converter and being greater than the beat frequency of the vortex signal. A mass flow meter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003254799A (en) * 2002-03-01 2003-09-10 Yokogawa Electric Corp Vortex flowmeter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003254799A (en) * 2002-03-01 2003-09-10 Yokogawa Electric Corp Vortex flowmeter

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