KR102671448B1

KR102671448B1 - 카르만 와유량계

Info

Publication number: KR102671448B1
Application number: KR1020160122840A
Authority: KR
Inventors: 카즈키 히라이
Original assignee: 사파스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2024-05-30
Also published as: EP3150973A1; US20170097250A1; EP3150973B1; KR20170040091A; US10247588B2; JP2017067726A

Abstract

유로와 카르만 소용돌이 발생 기둥이 내부에 형성된 보디와, 카르만 소용돌이 발생 기둥이 발생시킨 카르만 소용돌이를 계측하여 유체의 유량을 얻는 유량 계측부를 포함하고, 유량 계측부는, 압전 소자와, 압전 소자가 유로에 배치되도록 보디에 장착되는 압전 소자 홀더와, 압전 소자의 전극보다도 내부식성이 높은 재료에 의해 형성되는 박막부를 가지며, 압전 소자 홀더는, 수지 재료에 의해 일체로 형성되는 한 쌍의 판형상부에 의해 압전 소자를 끼운 상태로 수용하고, 박막부는, 판형상부와 전극의 사이에 배치되는 카르만 와유량계를 제공한다.

Description

카르만 와유량계{KARMAN VORTEX FLOWMETER}

본 발명은, 카르만 소용돌이를 계측하여 유체의 유량을 얻는 카르만 와유량계에 관한 것이다.

종래에는, 유체의 흐름에 대응하는 카르만 소용돌이를 발생시켜 이것을 검출하여 전기신호로 변환하는 것에 의해 유량을 계측하는 카르만 와유량계가 알려져 있다 (예를 들면, 특허문헌 1참조).

특허문헌 1에 개시된 카르만 와유량계는, 박판형상의 수압판(受壓板)의 주위에 다이아프램을 형성하여 유로를 구성하는 관에 고정하고, 다이아프램에 의해 유로에서 격리된 중공부에 배치된 진동 픽업 소자에 의해 카르만 소용돌이에 의한 수압판의 진동을 검출하는 것이다.

(특허문헌1)

일본 공개특허공보 평9-196722호

특허문헌 1에 개시된 카르만 와유량계는, 다이아프램에 의해 진동 픽업 소자를 유로에서 격리하는 비교적 복잡한 구조이므로, 제조 비용이 증대된다. 또한, 진동 픽업 소자를 유로에서 격리한 위치에 배치하기 위해, 진동의 검출 정밀도 등이 충분히 높아지지 않을 가능성이 있다.

한편, 특허문헌 1에 종래 기술로서 공개되어 있는 것과 같이, 수압편(受壓片)(pressure-receiving pieces)에 수용된 소용돌이 검출기를 유로에 배치하는 구조의 경우, 유체에서 발생하는 부식성 가스가 수압편을 투과하여 소용돌이 검출기가 부식될 가능성이 있다.

본 발명은, 이러한 사정에 비추어 행해진 것이며, 압전 소자를 수용하는 수지 재료를 투과하는 부식성 가스에 의해 압전 소자의 전극이 부식되는 것을 억제 가능한 카르만 와유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 하기의 수단을 채용하였다.

본 발명의 일 태양에 따른 카르만 와유량계는, 유통 방향을 따라 유체가 유통하는 유로와, 상기 유로를 유통하는 유체에 카르만 소용돌이를 발생시키는 소용돌이 발생체가 내부에 형성된 본체부와, 상기 유통 방향의 상기 소용돌이 발생체의 하류측에 배치되는 동시에 상기 소용돌이 발생체가 발생시킨 상기 카르만 소용돌이를 계측하여 상기 유체의 유량을 얻는 유량 계측부를 포함하고, 상기 유량 계측부는, 판형상으로 형성되는 압전 재료와 상기 압전 재료에 접합되는 전극을 가지는 압전 소자와, 상기 압전 소자를 내부에 수용하는 동시에 상기 압전 소자가 상기 유로에 배치되도록 상기 본체부에 장착되는 수용부와, 상기 전극보다도 내부식성이 높은 재료에 의해 형성되는 박막부를 가지며, 상기 수용부는, 수지 재료에 의해 일체로 형성되는 한 쌍의 판형상부에 의해 상기 압전 소자를 끼운 상태로 수용하고, 상기 박막부는, 상기 판형상부와 상기 전극 양쪽에 접촉된 상태로 배치된다.

본 발명의 일 태양에 따른 카르만 와유량계에 의하면, 판형상으로 형성되는 압전 재료와 그것에 접합되는 전극을 가지는 압전 소자는, 수지 재료에 의해 일체로 형성되는 한 쌍의 판형상부에 의해 끼워진 상태로 수용부에 수용되는 동시에 유로에 배치된다. 유로를 유통하는 유체(예를 들면, 불화수소산)에서 부식성 가스가 발생할 경우, 유로에 배치된 수용부의 내부에 한 쌍의 판형상부를 투과한 부식성 가스가 침입하나, 전극보다도 내부식성이 높은 재료에 의해 형성되는 박막부가 판형상부와 전극의 사이에 배치되므로, 전극의 부식이 억제된다.

이와 같이, 본 발명의 일태양에 따른 카르만 와유량계에 의하면, 압전 소자를 수용하는 수지 재료를 투과하는 부식성 가스에 의해 압전 소자의 전극이 부식되는 것을 억제 가능한 카르만 와유량계를 제공할 수 있다.

본 발명의 일태양에 따른 카르만 와유량계에 있어서, 상기 압전 소자는, 상기 압전 재료의 제1 면 및 제2 면에 접합되는 한 쌍의 상기 전극을 가지며, 한 쌍의 상기 박막부는, 한 쌍의 상기 판형상부와 한 쌍의 상기 전극의 사이에 배치되는 것일 수 있다.

이와 같이 하는 것으로, 판형상으로 형성되는 압전 재료의 제1 면 및 제 2면에 접합되는 한 쌍의 전극이 한 쌍의 판형상부를 투과한 부식성 가스에 의해 부식되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일태양에 따른 카르만 와유량계에 있어서, 상기 박막부의 두께는, 상기 압전 소자의 두께의 1/20 이상이면서 1/5 이하로 하는 구성일 수도 있다.

이와 같이 하는 것으로, 박막부의 두께를 압전 소자의 두께의 1/20이상으로 하여 부식성 가스에 의한 전극의 부식을 박막부에 의해 충분히 억제할 수 있다. 또한, 박막부의 두께를 압전 소자의 두께의 1/5 이하로 하여 박막부의 강성을 충분히 낮게 하고, 판형상부에서 전달되는 카르만 소용돌이에 의한 진동을, 박막부를 통해서 압전 소자에 확실히 전달할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 압전 소자의 두께는 0.3mm 이상이면서 0.4mm 이하이며, 상기 박막부의 두께는 20μm 이상이면서 60μm 이하가 되도록 할 수도 있다.

이와 같이 하는 것으로, 부식성 가스에 의한 전극의 부식을 박막부에 의해 충분히 억제하는 동시에 박막부의 강성을 충분히 낮게 하고, 판형상부에서 전달되는 카르만 소용돌이에 의한 진동을, 박막부를 통해서 압전 소자에 확실히 전달할 수 있다.

본 발명의 일태양에 따른 카르만 와유량계에 있어서, 상기 박막부는, 접착제에 의해 상기 전극에 접합되어 있는 것일 수 있다.
상기 한 쌍의 판형상부는 상기 유체의 유통 방향과 일치하는 방향으로 배치됨으로써, 상기 한쌍의 판형상부에 의해 유지되는 상기 압전 소자의 전극의 면이 배치되는 방향은, 상기 유체의 유통 방향과 일치하고, 한 쌍의 전극 중 하나가 상기 압전 재료의 제1면의 전면을 덮도록 접합되고, 상기 한 쌍의 전극 중 다른 하나는 상기 압전 재료의 제2면의 전면을 덮도록 접합되고, 한 쌍의 박막부 중 하나는, 상기 한 쌍의 전극 중 하나의 폭 방향의 전면을 덮도록 상기 한 싼의 전극 중 하나에 접합되고, 상기 한 쌍의 박막부 중 다른 하나는, 상기 한 쌍의 전극 중 다른 하나의 폭 방향의 전면을 덮도록 상기 한 쌍의 전극 중 다른 하나에 접합되고, 상기 한 쌍의 박막부 중 하나의 외주면은, 상기 한 쌍의 판형상부 중 하나의 내주면에 접착되고, 상기 한 쌍의 박막부 중 다른 하나의 외주면은, 상기 한 쌍의 판형상부 중 다른 하나의 내주면에 접착될 수 있다.
상기 본체부에, 상기 유량 계측부가 삽입되는 삽입 홀이 형성되고, 상기 삽입 홀의 내주면에는 상기 유량 계측부의 삽입 방향을 따라 제1 요홈부와 제2 요홈부가 형성되고, 상기 수용부의 외주면에는, 한 쌍의 볼록부가 형성되어, 상기 볼록부가 상기 요홈부에 삽입될 수 있다.
상기 수용부는, 상기 한 쌍의 판형상부에 의해 상기 압전 소자의 선단측을 사이에 둔 상태로 수용하는 유지홀과, 상기 압전 소자의 기단측을 고정하기 위한 충진재가 충진되는 오목부를 포함하고, 상기 압전 소자는 상기 기단측이 상기 오목부로부터 돌출하는 길이에 형성될 수 있다.

이와 같이 하는 것으로, 박막부를 접착제에 의해 전극에 접합한다고 하는 비교적 간이한 작업에 의해 조립을 쉽게 하면서, 압전 소자의 전극이 부식성 가스로 부식되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 접착제를 박막부의 주위에 충진하는 것에 의해, 카르만 소용돌이에 의한 진동의 전달성을 향상시키고, 그에 따라 압전 소자의 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일태양에 따른 카르만 와유량계에 있어서, 상기 박막부는, 상기 전극에 증착에 의해 형성되어 있는 것일 수 있다.

이와 같이 하는 것으로, 박막부를 증착에 의해 전극에 형성하는 것에 의해, 박막부를 전극에 접착하는 공정이 불필요하게 되어 조립을 쉽게 하면서, 압전 소자의 전극이 부식성 가스로 부식되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 압전 소자를 수용하는 수지 재료를 투과하는 부식성 가스에 의해 압전 소자의 전극이 부식되는 것을 억제 가능한 카르만 와유량계를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태의 카르만 와유량계를 도시한 부분 종단면도이다.
도 2는 제1 실시형태의 카르만 와유량계의 요점부를 도시한 부분 종단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 카르만 와유량계의 A-A에서 본 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 카르만 와유량계의 부분 확대도이다.
도 5는 도 2에 도시한 카르만 와유량계의 B-B에서 본 단면도이다.
도 6은 보디로부터 압전 소자 홀더 및 압전 소자를 떼어낸 상태를 도시한 도이다.
도 7은 보디에 압전 소자 홀더를 접합한 상태를 도시한 도이다.
도 8은 도 2에 도시한 보디의 평면도이다.
도 9는 도 2에 도시한 압전 소자 홀더의 저면도이다.
도 10은 도 2에 도시한 압전 소자 홀더의 평면도이다.
도 11은 도 2에 도시한 압전 소자의 측면도이다.
도 12는 카르만 와유량계의 한 쌍의 판형상부에 압전 소자를 장착하는 변형예를 도시한 종단면도이다.
도 13은 제2 실시형태의 카르만 와유량계의 요점부를 도시한 종단면도이다.
도 14는 카르만 와유량계의 변형예의 요점부를 도시한 종단면도이다.

〔제1 실시형태〕

이하, 본 발명의 제1 실시형태의 카르만 와유량계에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 카르만 와유량계(100)는, 유통 방향(도1의 왼쪽에서 오른쪽으로 향하는 방향)을 따라 유체가 유통하는 유로(11)가 내부에 형성된 보디(본체부, 10)와, 유로(11)를 유통하는 유체의 유량을 계측하는 유량 계측부(20)와, 보디(10)의 유로(11)의 유입구(11a)와 연통하는 유입 유로가 내부에 형성되는 유입 유로 부재(40)와, 보디(10)의 유로(11)의 유출구(1lb)와 연통하는 유출 유로가 내부에 형성되는 유출 유로 부재(41)와, 보디(10) 및 제어 기판(미도시)을 내부에 수용하는 케이싱(50)과, 제어 기판에 접속되는 동시에 외부의 제어장치(미도시)와 통신하기 위한 케이블(60)을 포함한다.

본 실시형태의 카르만 와유량계(100)는, 각종 액체를 유로(11)로 유통시키고, 그 유량을 계측하는 것이다. 유로(11)를 유통하는 액체는, 예를 들면, 불화수소산, 염산, 질산, 오존수 등이다. 이것들의 액체에서는, 불화수소, 염화수소, 질산, 오존 등의 부식성 가스가 발생한다.

본 실시형태의 카르만 와유량계(100)가 포함하는 보디(10), 유입 유로 부재(40), 유출 유로 부재(41)는, PFA(테트라플루오로에틸렌?퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체)등의 불소수지 재료에 의해 형성되어 있다. 유량 계측부(20)는, 압전 소자(21)와 후술하는 박막부(30, 31)를 제외한 다른 부분이 PFA 등의 불소수지 재료에 의해 형성되어 있다.

불소수지 재료는, 내열성 및 내약품성이 있는 재료인 한편 가스 투과성을 가진다. 그로 인해, 불소수지 재료의 두께가 얇을 경우, 불화수소, 염화수소, 질산, 오존 등의 부식성 가스가 불소수지 재료를 투과할 가능성이 있다.

다음으로, 카르만 와유량계(100)가 포함하는 보디(10)에 대하여 설명한다.

도 2는, 제1 실시형태의 카르만 와유량계(100)의 요점부를 도시한 부분 종단면도이며, 도 1에 도시한 케이싱(50)및 케이블(60)을 생략한 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 보디(10)의 내부에는, 유체의 유통 방향을 따른 상류측에 카르만 소용돌이 발생 기둥(소용돌이 발생체, 12)이 형성되고, 유통 방향의 카르만 소용돌이 발생 기둥(12)의 하류측에 유량 계측부(20)가 배치되어 있다. 카르만 소용돌이 발생 기둥(12)은, 유로(11)를 유통하는 유체에 카르만 소용돌이(KV, 도5 참조)를 발생시키는 기둥형상 부재다.

도 2에 도시한 바와 같이, 보디(10)에는, 유량 계측부(20)가 삽입되는 삽입홀(13)이 형성되어 있다.

도 8(도 2에 도시한 보디의 평면도)에 도시한 바와 같이, 삽입홀(13)의 내주면에는, 삽입홀(13)에 삽입된 유량 계측부(20)가 삽입홀(13) 둘레로 회전하지 않도록 유지하기 위한 요홈부(13a)및 요홈부(13b)가 형성되어 있다.

도 3(도 2에 도시한 카르만 와유량계(100)의 A-A에서 본 단면도)에 도시한 바와 같이, 보디(10)의 내부에 형성되는 유로(11)는, 단면으로 본 형상이 대략 타원형상으로 되어 있다. 보디(10)의 내부에 형성되는 카르만 소용돌이 발생 기둥(12)은, 유로(11)의 저부와 꼭대기부의 각각에 연결되는 기둥형상으로 형성되어 있다.

도 5(도 2에 도시한 카르만 와유량계(100)의 B-B에서 본 단면도)에 도시한 바와 같이, 카르만 소용돌이 발생 기둥(12)은, 단면 형상이 대략 삼각형상으로 형성되어 있다. 카르만 소용돌이 발생 기둥(12)의 단면 형상은, 하류측에 꼭대기부(12a)를 가지는 동시에 상류측에 저부(12b)를 가지는 형상으로 되어 있다.

이로 인해, 유통 방향을 따라 유통하는 유체가 카르만 소용돌이 발생 기둥(12)의 저부(12b)에 충돌하면, 유로(11)의 폭 방향의 중앙을 통과하는 축선(X)을 중심으로 하여 폭 방향으로 일정 간격을 둔 위치에, 각각 복수의 카르만 소용돌이(KV)로 이루어지는 2열의 소용돌이 열이 형성된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 한 쪽의 소용돌이 열에 포함되는 복수의 카르만 소용돌이(KV)의 축선(X)을 따른 위치와, 다른 쪽의 소용돌이 열에 포함되는 복수의 카르만 소용돌이(KV)의 축선(X)을 따른 위치는, 각각 다른 위치로 되어 있다. 구체적으로는, 한 쪽의 소용돌이 열에 포함되는 복수의 카르만 소용돌이(KV)의 축선(X)을 따른 위치의 사이에, 다른 쪽의 소용돌이 열에 포함되는 복수의 카르만 소용돌이(KV)가 배치되게 되어 있다.

도 5에 도시한 카르만 소용돌이(KV)는, 어느 시점에서 유로(11)를 유통하는 유체가 형성하는 카르만 소용돌이(KV)를 나타낸 것이다. 카르만 소용돌이(KV)는, 도 5에 도시한 상대적인 위치 관계를 유지한 채 유통 방향을 따라 이동한다.

다음으로, 카르만 와유량계(100)가 포함하는 유량 계측부(20)에 대하여 설명한다. 유량 계측부(20)는, 카르만 소용돌이 발생 기둥(12)이 발생시킨 카르만 소용돌이를 계측하여 유체의 유량을 얻는 장치이다.

도 3및 도 4(도 3에 도시한 카르만 와유량계의 부분 확대도)에 도시한 바와 같이, 유량 계측부(20)는, 외부에서 주어지는 진동에 따른 전압을 출력하는 압전 소자(21)와, 압전 소자(21)를 내부에 수용하는 압전 소자 홀더(수용부)(25)와, 압전 소자(21)의 표면에 배치되는 한 쌍의 박막부(30, 31)를 가진다.

여기에서, 압전 소자(21)에 대하여 설명한다.

도 11(도 2에 도시한 압전 소자의 측면도)에 도시한 바와 같이, 압전 소자(21)는, 판형상으로 형성되는 압전 재료(22)와, 압전 재료(22)의 제1 면(22a)및 제2 면(22b)에 접합되는 한 쌍의 전극(23, 24)을 가진다. 전극(23)은, 압전 재료(22)의 제1 면(22a)의 전면을 덮도록 접합되고, 솔더 접합부(23b)를 통해 전선(23a)과 도통하게 접속되어 있다. 마찬가지로, 전극(24)은, 압전 재료(22)의 제2 면(22b)의 전면을 덮도록 접합되고, 솔더 접합부(24b)를 통해 전선(24a)과 도통하게 접속되어 있다.

전극(23, 24)은, 예를 들면, 은 또는 은과 팔라듐의 합금에 의해 형성되어 있다.

압전 재료(22)는, 외부에서 주어지는 진동 등에 의해 변형되는 것에 의해 전압을 발생시키는 재료이다. 본 실시형태에 있어서의 진동이란, 카르만 소용돌이(KV)에 의해 압전 소자 홀더(25)를 통해서 압전 재료(22)에 전달되는 진동이다. 압전 재료(22)로는, 예를 들면, 페로브스카이트형 결정 구조를 하고 있는 강유전체인 티타늄산 지르콘산납(Pb(Zr, Ti)O3)등의 압전세라믹스이 이용된다.

압전 재료(22)의 제1 면(22a)에 전극(23)이 접합되고, 압전 재료(22)의 제2 면(22b)에 전극(24)이 접합되어 있으므로, 전극(23, 24)에는 압전 재료(22)의 변형에 따른 전압이 발생한다. 전극(23, 24)과 도통하는 전선(23a, 24a)은, 케이싱(50)에 수용되는 제어 기판(미도시)에 접속되어 있다. 제어 기판은, 전선(23a, 24a)의 전압차이의 변동을 검출하는 것에 의해, 카르만 소용돌이(KV)에 의해 압전 소자 홀더(25)를 통해서 압전 재료(22)에 전달되는 진동의 주파수(카르만 소용돌이(KV)의 주파수)를 계측하고, 계측 결과에 따라 유로(11)를 유통하는 유체의 유량을 산출한다.

다음으로, 압전 소자 홀더(25)에 대하여 설명한다.

압전 소자 홀더(25)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)와 저부(25c)를 불소수지 재료에 의해 일체로 형성한 부재이다. 압전 소자 홀더(25)는, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)와 저부(25c)에 의해 주머니형상으로 형성되는 유지홀(25d)을 가진다.

압전 소자 홀더(25)는, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)에 의해 압전 소자(21)를 끼운 상태로 유지홀(25d)에 수용한다.

도 9(도 2에 도시한 압전 소자 홀더(25)의 저면도)및 도 10(도 2에 도시한 압전 소자 홀더(25)의 평면도)에 도시한 바와 같이, 압전 소자 홀더(25)의 외주면에는 한 쌍의 볼록부(25e, 25f)가 형성되어 있다. 압전 소자 홀더(25)를 보디(10)에 장착할 때에, 볼록부(25e)를 요홈부(13a)에 삽입하고, 볼록부(25f)를 요홈부(13b)에 삽입하는 것에 의해, 유량 계측부(20)가 삽입홀(13) 둘레로 회전하지 않도록 보디(10)에 유지된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 압전 소자 홀더(25)는, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)에 의해 보유된 압전 소자(21)가 유로(11)에 배치되도록 보디(10)의 삽입홀(13)에 삽입되어 있다. 압전 소자 홀더(25)는, 보디(10)의 삽입홀(13)에 삽입된 상태에서, 보디(10)및 압전 소자 홀더(25)와 같은 불소수지 재료로 이루어지는 용접 재료에 의해 용접된다. 이 용접 작업에 의해, 압전 소자 홀더(25)를 보디(10)에 고정하는 용접부(26)가 형성되고, 유로(11)를 유통하는 유체가 압전 소자 홀더(25)와 보디(10)의 접합 부분으로부터 누출되는 것이 방지된다.

압전 소자 홀더(25)에 형성되는 오목부(25g)에는, 수지 재료제의 충진재(27)가 충진되어 있다. 오목부(25g)에 충진재(27)를 충진하여 고화시키는 것에 의해, 압전 소자(21)가 압전 소자 홀더(25)에 고정된다.

도 6은, 보디(10)로부터 압전 소자 홀더(25)및 압전 소자(21)를 떼어낸 상태를 도시한 도이다. 또한, 도 7은, 보디(10)에 압전 소자 홀더(25)를 접합한 상태를 도시한 도이다.

도 3에 도시한 카르만 와유량계(100)를 제조할 때에는, 도 6에 도시한 상태에서 보디(10)의 삽입홀(13)로 압전 소자 홀더(25)를 삽입하고, 도 7에 도시한 상태로 한다.

다음으로, 압전 소자 홀더(25)를 삽입홀(13)에 삽입한 상태로 용접 작업을 하고, 압전 소자 홀더(25)를 보디(10)에 고정하는 용접부(26)를 형성한다.

마지막으로, 압전 소자 홀더(25)의 유지홀(25d)에 압전 소자(21)를 삽입하고, 오목부(25g)에 충진재(27)를 충진하여 도 4에 도시한 상태로 한다. 한편, 압전 소자(21)에는, 한 쌍의 박막부(30, 31)가 미리 접합되어 있는 것으로 한다. 압전 소자 홀더(25)의 유지홀(25d)에 압전 소자(21)를 삽입하기 전에 압전 소자 홀더(25)를 보디(10)에 고정하고 있는 것은, 용접부(26)를 형성할 때의 열이 압전 소자(21)에 전달되지 않도록 하기 위함이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 압전 소자 홀더(25)의 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)는, 유체의 유통 방향(축선(X) 방향)과 일치하는 방향으로 배치되어 있다. 이로 인해, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)에 의해 유지되는 압전 소자(21)는, 전극(23, 24)의 면이 배치되는 방향이 유체의 유통 방향(축선(X) 방향)과 일치한 상태가 된다. 이로 인해, 압전 소자(21)는, 복수의 카르만 소용돌이(KV)로 이루어지는 2열의 소용돌이 열의 한 쪽의 소용돌이 열에 의한 진동을 전극(23)측에서 받고, 다른 쪽의 소용돌이 열에 의한 진동을 전극(24)측에서 받는다. 이로 인해, 압전 소자(21)는, 교대로 발생하는 2열의 소용돌이 열을 구성하는 카르만 소용돌이(KV)의 통과에 수반되는 진동에 따른 전압을 출력한다.

다음으로, 박막부(30, 31)에 대하여 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 박막부(30, 31)는, 한 쌍의 전극(23, 24)보다도 내부식성이 높으면서 부식성 가스를 투과시키지 않는 금속재료에 의해 막형상으로 형성되는 부재이다.

박막부(30, 31)를 형성하는 재료는, 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스 강철을 이용할 수 있다. 또한, 예를 들면, 인코넬(등록상표), 하스텔로이(등록상표) 등의 니켈 합금을 이용할 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 박막부(30, 31)는, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)와 압전 소자(21, 도 11에 도시한 한 쌍의 전극(23, 24))의 사이에 배치되어 있다. 박막부(30)는, 판형상부(25a)에 유지되는 압전 소자(21)의 전극(23)의 전면을 덮어 전극(23)을 부식성 가스로부터 보호하도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 박막부(31)는, 판형상부(25b)에 유지되는 압전 소자(21)의 전극(24)의 전면을 덮어 전극(24)을 부식성 가스로부터 보호하도록 배치되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 박막부(30, 31)의 두께는 Th2이며, 압전 소자 홀더(25)의 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 두께는 Th1이며, 압전 소자(21)의 두께는 Th3이다. Th1, Th2, Th3은, 이하의 식에 나타낸 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

0.3mm≤Th1≤ 0.8mm (1)

20μm≤Th2≤60μm (2)

0.3mm≤Th3≤ 0.4mm (3)

한편, 식(2), (3)에서, 이하의 식(4)가 도출된다.

1/20≤Th2/Th3≤1/5 (4)

식4는, 박막부(30, 31)의 두께(Th2)가, 압전 소자(21)의 두께(Th3)의 1/20이상이면서 1/5이하인 것을 나타내고 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 박막부(30, 31)의 폭과 압전 소자(21)의 폭은 W로 일치되어 있다. 이로 인해, 압전 소자(21)의 표면에 배치되는 전극(23, 24)의 폭 방향의 전면이 박막부(30, 31)에 의해 덮어진 상태로 되어 있다.

박막부(30, 31)는, 시트형상으로 형성된 금속박막을 접착제에 의해 전극(23, 24)에 접합한 것으로 할 수 있다. 또한, 박막부(30, 31)는, 전극(23, 24)의 표면에 증착에 의해 형성하도록 할 수도 있다. 증착이란, 금속재료를 가열하여 기화시켜서 대상물의 표면에 박막을 형성하는 처리이다.

여기에서, 접착제에 의해 박막부(30, 31)가 접합된 압전 소자(21) 또는 증착에 의해 박막부(30, 31)가 형성된 압전 소자(21)를, 압전 소자 홀더(25)의 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)에 장착하는 공정에 대하여 설명한다.

도 11에 도시한 바와 같이 압전 소자(21)에 접착제에 의해 박막부(30, 31)가 접합되고, 혹은 압전 소자(21)에 증착에 의해 박막부(30, 31)가 형성되어 있는 경우, 제1 공정으로, 박막부(30, 31)의 외주면에 적량의 접착제를 도포한다. 적량의 접착제란, 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입한 경우에, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이를 접착제로 채우면서 접착제가 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에서 누출되지 않는 정도의 양을 말한다.

다음으로, 제 2 공정으로서, 접착제가 도포된 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입한다. 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입하면, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 내주면과 박막부(30, 31)의 외주면(접착제를 도포한 면)의 사이에 접착제가 충진된 상태가 된다.

마지막으로, 제3 공정으로서, 압전 소자(21)가 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입된 상태로 접착제를 건조시켜, 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 고정한다.

이상과 같이 하여, 도 11에 도시한 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 장착할 수 있다.

다음으로, 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 장착하는 것 외의 다른 변형예에 대하여 설명한다.

이 변형예에 따른 카르만 와유량계(100a)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 박막부(30a, 31a)를 미리 삽입해 두고, 그 후에 압전 소자(21)를 장착하는 예이다.

이 변형예에서는, 제1 공정으로서, 박막부(30a, 31a)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입한다. 이 경우, 박막부(30a, 31a)는, 접착제가 도포되지 않고, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입된다.

다음으로, 제2 공정으로서, 박막부(30a, 31a)가 접합되지 않는 압전 소자(21)의 외주면에 적량의 접착제를 도포한다. 적량의 접착제란, 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입한 경우에, 박막부(30a, 31a)와 압전 소자(21)의 사이 및 박막부(30a, 31a)와 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이를 접착제로 채우면서 접착제가 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에서 누출되지 않는 정도의 양을 말한다.

다음으로, 제3 공정으로서, 접착제가 도포된 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입한다. 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입하면, 박막부(30a, 31a)와 압전 소자(21)의 사이 및 박막부(30a, 31a)와 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 접착제가 충진된 상태가 된다. 즉, 압전 소자(21)의 외주면에 도포된 접착제가, 박막부(30a, 31a)와 압전 소자(21)의 사이와, 박막부(30a, 31a)와 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이의 쌍방에 고루 미친다.

마지막으로, 제4 공정으로서, 압전 소자(21)가 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 삽입된 상태로 접착제를 건조시켜, 압전 소자(21)에 박막부(30a, 31a)를 고정하면서 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)에 박막부(30a, 31a)를 고정한다.

이상과 같이 하여, 도 12에 도시한 압전 소자(21)를 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)의 사이에 장착할 수 있다.

이상 설명한 본 실시형태의 카르만 와유량계(100)가 나타내는 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 카르만 와유량계(100)에 의하면, 판형상으로 형성되는 압전 재료(22)와 그것에 접합되는 전극(23, 24)을 가지는 압전 소자(21)는, 불소수지 재료에 의해 일체로 형성되는 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)에 의해 끼워진 상태로 압전 소자 홀더(25)에 수용되는 동시에 유로(11)에 배치된다. 유로(11)를 유통하는 유체(예를 들면, 불화수소산)에서 부식성 가스가 발생할 경우, 유로(11)에 배치된 압전 소자 홀더(25)의 내부에 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)를 투과한 부식성 가스가 침입하나, 전극(23, 24)보다도 내부식성이 높은 금속재료에 의해 형성되는 박막부(30, 31)가 판형상부(25a, 25b)와 전극(23, 24) 사이에 배치되므로, 전극(23, 24)의 부식이 억제된다.

이와 같이, 본 실시형태의 카르만 와유량계(100)에 의하면, 압전 소자(21)를 수용하는 불소수지 재료를 투과하는 부식성 가스에 의해 압전 소자(21)의 전극(23, 24)이 부식되는 것을 억제할 수 있다.

본 실시형태의 카르만 와유량계(100)에 있어서, 압전 소자(21)는, 압전 재료(22)의 제1 면(22a) 및 제2 면(22b)에 접합되는 한 쌍의 전극(23, 24)을 가지며, 한 쌍의 박막부(30, 31)는, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)와 한 쌍의 전극(23, 24)의 사이에 배치된다.

이와 같이 하는 것으로, 판형상으로 형성되는 압전 재료(22)의 제1 면(22a)및 제2 면(22b)에 접합되는 한 쌍의 전극(23, 24)이 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)를 투과한 부식성 가스에 의해 부식되는 것을 억제할 수 있다.

본 실시형태의 카르만 와유량계(100)에 있어서, 박막부(30, 31)의 두께(Th2)는, 압전 소자(21)의 두께(Th3)의 1/20 이상이면서 1/5 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 압전 소자(21)의 두께(Th3)를 0.3mm 이상이면서 0.4mm 이하로 하고, 박막부(30, 31)의 두께(Th2)를 20μm 이상이면서 60μm 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하는 것으로, 박막부(30, 31)의 두께(Th2)를 압전 소자(21)의 두께(Th3)의 1/20 이상으로 하여 부식성 가스에 의한 전극(23, 24)의 부식을 박막부(30, 31)에 의해 충분히 억제할 수 있다. 또한, 박막부(30, 31)의 두께(Th2)를 압전 소자(21)의 두께(Th3)의 1/5 이하로 하여 박막부(30, 31)의 강성을 충분히 낮게 하고, 판형상부(25a, 25b)로부터 전달되는 카르만 소용돌이(KV)에 의한 진동을, 박막부(30, 31)를 통해서 압전 소자(21)에 확실히 전달할 수 있다.

〔제2 실시형태〕

이하, 본 발명의 제2 실시형태의 카르만 와유량계(100b)에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태의 카르만 와유량계(100b)는, 제1 실시형태의 카르만 와유량계(100)의 변형예며, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고, 제1 실시형태와 같은 것으로 한다.

제1 실시형태의 카르만 와유량계(100)는, 압전 소자 홀더(25)에 장착된 압전 소자(21)가 압전 소자 홀더(25)의 오목부(25g)에서 돌출하지 않고 오목부(25g)에 수용되는 것이었다.

그에 반해 본 실시형태의 카르만 와유량계(100b)는, 압전 소자 홀더(25)에 장착된 압전 소자(21a)가 압전 소자 홀더(25)의 오목부(25g)에서 돌출하는 길이에 형성되는 것이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 카르만 와유량계(100b)는, 압전 소자 홀더(25)에 장착된 압전 소자(21a)가 압전 소자 홀더(25)의 오목부(25g)에서 돌출하는 길이에 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 박막부(30b, 3lb)는, 제1 실시형태의 박막부(30, 31)보다도 도 13에 도시한 상하 방향의 길이가 길게 되어 있다.

본 실시형태에 의하면, 작업자 혹은 작업 로보트가 압전 소자(21a)를 파지하여 압전 소자 홀더(25)에 장착할 때에, 압전 소자(21a)를 파지하는 손가락 혹은 파지부를 오목부(25g)에 삽입할 필요가 없다. 이로 인해, 압전 소자(21a)의 압전 소자 홀더(25)에 용이하게 장착할 수 있다.

본 실시형태의 카르만 와유량계(100b)를 변형하여 도 14의 변형예에 도시한 카르만 와유량계(100c)와 같이 할 수도 있다.

도 14에 도시한 카르만 와유량계(100c)는, 도 13에 도시한 압전 소자 홀더(25)를 변형한 압전 소자 홀더(25')를 포함한다. 이 압전 소자 홀더(25')는, 한 쌍의 판형상부(25a, 25b)를 압전 소자 홀더(25')의 상단까지 연장되게 형성하고, 압전 소자(21a)를 압전 소자 홀더(25')의 하단에서 상단에 이르는 영역에서 유지하도록 한 것이다.

변형예의 카르만 와유량계(100c)에 의하면, 압전 소자(21a)의 압전 소자 홀더(25)에 용이하게 장착하는 것이 가능하며, 압전 소자(21a)를 보다 확실히 유지 할 수 있다.

〔다른 실시 형태〕

본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절히 변경할 수 있다.

Claims

유통 방향을 따라 유체가 유통하는 유로와 상기 유로를 유통하는 유체에 카르만 소용돌이를 발생시키는 소용돌이 발생체가 내부에 형성된 본체부와,
상기 유통 방향의 상기 소용돌이 발생체의 하류측에 배치되는 동시에 상기 소용돌이 발생체가 발생시킨 상기 카르만 소용돌이를 계측하여 상기 유체의 유량을 얻는 유량 계측부를 포함하고,
상기 유량 계측부는,
판형상으로 형성되는 압전 재료와 상기 압전 재료에 접합되는 전극을 가지는 압전 소자와,
상기 압전 소자를 내부에 수용하는 동시에 상기 압전 소자가 상기 유로에 배치되도록 상기 본체부에 장착되는 수용부와,
상기 전극보다도 내부식성이 높은 재료에 의해 형성되는 박막부를 가지며,
상기 수용부는, 수지 재료에 의해 일체로 형성되는 한 쌍의 판형상부에 의해 상기 압전 소자를 끼운 상태로 수용하고,
상기 박막부는, 상기 판형상부와 상기 전극 양쪽에 접촉된 상태로 배치되고,
상기 본체부에, 상기 유량 계측부가 삽입되는 삽입 홀이 형성되고,
상기 삽입 홀의 내주면에는 상기 유량 계측부의 삽입 방향을 따라 제1 요홈부와 제2 요홈부가 형성되고,
상기 수용부의 외주면에는, 한 쌍의 볼록부가 형성되어,
상기 한 쌍의 볼록부가 상기 제1 및 제2 요홈부에 삽입되는, 카르만 와유량계.
제 1항에 있어서,
상기 압전 소자는, 상기 압전 재료의 제1 면 및 제2 면에 접합되는 한 쌍의 상기 전극을 가지며,
한 쌍의 상기 박막부는, 한 쌍의 상기 판형상부와 한 쌍의 상기 전극의 사이에 배치되는 카르만 와유량계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 박막부의 두께는, 상기 압전 소자의 두께의 1/20 이상이면서 1/5 이하인 카르만 와유량계.
제 3항에 있어서,
상기 압전 소자의 두께는 0.3mm 이상이면서 0.4mm 이하이며, 상기 박막부의 두께는 20μm 이상이면서 60μm 이하인 카르만 와유량계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 박막부는, 접착제에 의해 상기 전극에 접합되어 있는 카르만 와유량계.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 박막부는, 상기 전극에 증착에 의해 형성되어 있는 카르만 와유량계.
제 2항에 있어서,
상기 한 쌍의 판형상부는 상기 유체의 유통 방향과 일치하는 방향으로 배치됨으로써, 상기 한 쌍의 판형상부에 의해 유지되는 상기 압전 소자의 전극의 면이 배치되는 방향은, 상기 유체의 유통 방향과 일치하고,
한 쌍의 전극 중 하나가 상기 압전 재료의 제1면의 전면을 덮도록 접합되고, 상기 한 쌍의 전극 중 다른 하나는 상기 압전 재료의 제2면의 전면을 덮도록 접합되고,
한 쌍의 박막부 중 하나는, 상기 한 쌍의 전극 중 하나의 폭 방향의 전면을 덮도록 상기 한 쌍의 전극 중 하나에 접합되고, 상기 한 쌍의 박막부 중 다른 하나는, 상기 한 쌍의 전극 중 다른 하나의 폭 방향의 전면을 덮도록 상기 한 쌍의 전극 중 다른 하나에 접합되고,
상기 한 쌍의 박막부 중 하나의 외주면은, 상기 한 쌍의 판형상부 중 하나의 내주면에 접착되고, 상기 한 쌍의 박막부 중 다른 하나의 외주면은, 상기 한 쌍의 판형상부 중 다른 하나의 내주면에 접착되는, 카르만 와유량계.
삭제
유통 방향을 따라 유체가 유통하는 유로와 상기 유로를 유통하는 유체에 카르만 소용돌이를 발생시키는 소용돌이 발생체가 내부에 형성된 본체부와,
상기 유통 방향의 상기 소용돌이 발생체의 하류측에 배치되는 동시에 상기 소용돌이 발생체가 발생시킨 상기 카르만 소용돌이를 계측하여 상기 유체의 유량을 얻는 유량 계측부를 포함하고,
상기 유량 계측부는,
판형상으로 형성되는 압전 재료와 상기 압전 재료에 접합되는 전극을 가지는 압전 소자와,
상기 압전 소자를 내부에 수용하는 동시에 상기 압전 소자가 상기 유로에 배치되도록 상기 본체부에 장착되는 수용부와,
상기 전극보다도 내부식성이 높은 재료에 의해 형성되는 박막부를 가지며,
상기 수용부는, 수지 재료에 의해 일체로 형성되는 한 쌍의 판형상부에 의해 상기 압전 소자를 끼운 상태로 수용하고,
상기 박막부는, 상기 판형상부와 상기 전극 양쪽에 접촉된 상태로 배치되고,
상기 수용부는, 상기 한 쌍의 판형상부에 의해 상기 압전 소자의 선단측을 사이에 둔 상태로 수용하는 유지홀과, 상기 압전 소자의 기단측을 고정하기 위한 충진재가 충진되는 오목부를 포함하고,
상기 압전 소자는 상기 기단측이 상기 오목부에서 돌출하는 길이에 형성되는, 카르만 와유량계.