WO2022070239A1 - 流量測定装置 - Google Patents

流量測定装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022070239A1
WO2022070239A1 PCT/JP2020/036832 JP2020036832W WO2022070239A1 WO 2022070239 A1 WO2022070239 A1 WO 2022070239A1 JP 2020036832 W JP2020036832 W JP 2020036832W WO 2022070239 A1 WO2022070239 A1 WO 2022070239A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow rate
temperature
vortex
fluid
vortex frequency
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/036832
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓二 木戸
俊太 古川
航太 田中
智哉 二神
周作 大野
聖五 ▲吉▼田
Original Assignee
コフロック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by コフロック株式会社 filed Critical コフロック株式会社
Priority to US18/027,423 priority Critical patent/US20240011806A1/en
Priority to JP2021503073A priority patent/JPWO2022070239A1/ja
Priority to KR1020237009906A priority patent/KR20230053687A/ko
Priority to CN202080103845.7A priority patent/CN116209881A/zh
Priority to PCT/JP2020/036832 priority patent/WO2022070239A1/ja
Priority to TW110113083A priority patent/TWI802865B/zh
Publication of WO2022070239A1 publication Critical patent/WO2022070239A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring 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
    • G01F1/20Measuring 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
    • G01F1/32Measuring 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
    • G01F1/3209Measuring 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 using Karman vortices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring 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
    • G01F1/20Measuring 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
    • G01F1/32Measuring 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring 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
    • G01F1/20Measuring 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
    • G01F1/32Measuring 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
    • G01F1/325Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
    • G01F1/3287Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl circuits therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
    • G01F15/022Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using electrical means
    • G01F15/024Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature using electrical means involving digital counting
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08Protective devices, e.g. casings

Definitions

  • the present invention relates to a flow rate measuring device.
  • a general vortex flow meter processes a vortex generator 3 that generates a Karman vortex 2 in a flow 1 in a pipe, a detection element 4 that detects a vortex, and a signal detected by the detection element 4. It consists of a converter that does.
  • a Karman vortex is generated downstream of the vortex generator 3 placed in the direction perpendicular to the flow path. It is known that the frequency at which this Karman vortex is generated is proportional to the speed (flow velocity) of the fluid, and the relational expression thereof is as shown in the following equation (1).
  • f St (v / d) (1)
  • f the vortex frequency (1 / sec)
  • v the average flow velocity of the fluid (m / sec)
  • d the width of the vortex generator (m)
  • St is a constant called the Strouhal number.
  • the Reynolds number is a function of the kinematic viscosity coefficient, and since the kinematic viscosity coefficient changes depending on the temperature of the fluid, an error may occur in the measured flow rate depending on the actual temperature of the fluid. Therefore, in the method of measuring the flow rate using the Karman vortex, it is necessary to correct the measured flow rate.
  • Patent Document 1 discloses a temperature sensor integrated vortex flow meter 11 as shown in FIG.
  • the temperature sensor integrated vortex fluid meter 11 includes a measuring tube 12, a vortex generator 13, and a vortex detection sensor 15 having a built-in temperature sensor 14, and the vortex generator 13 has a measuring chamber 16 having one end open.
  • the measurement chamber 16 is formed with a pressure guiding hole 17 penetrating in a direction orthogonal to the flow of the fluid to be measured, and the vortex detection sensor 15 includes a vibration tube 18 and a vortex detection unit 19, and is a vibration tube.
  • Reference numeral 18 has a movable tube portion 20 inserted into the measuring chamber 16 and a pressure receiving plate 21 coupled to one end of the movable tube portion 20, and the fluid to be measured flows in the flow path 22 of the measuring tube 12, and a Karman vortex is generated. Then, the vortex detection unit 19 converts the pressure fluctuation due to the Karman vortex received by the vibration tube 18 into an electric signal and outputs it to the mass converter, and corrects the indicated temperature of the temperature sensor 14 by the temperature compensating means in the mass converter. It is described that the mass flow rate is calculated.
  • Patent Document 1 discloses a vortex flow meter integrated with a temperature sensor, but it merely includes a temperature compensating means, and the specific configuration of the temperature compensating means is unknown. It is difficult to correct the flow rate error due to temperature.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a flow rate measuring device capable of reliably correcting a flow rate error due to the temperature of the fluid to be measured. It is in.
  • the flow measuring device of the present invention detects changes in the vortex generator inserted in the fluid flow and the Kalman vortex generated on the downstream side of the vortex generator as changes in the electric signal.
  • a temperature sensor is arranged after the detection element in a flow rate measuring device provided with a detection element to be used, an electric circuit for converting the electric signal into a vortex frequency, and an arithmetic circuit for calculating the flow rate of a fluid based on the vortex frequency.
  • the temperature of the fluid measured by the temperature sensor is t
  • the vortex frequency converted from the electric signal detected by the detection element is f.
  • the temperature t and the vortex frequency f match the temperature and the vortex frequency of the correction table, the flow rate at the matched vortex frequency is output as the corrected flow rate.
  • the temperature t corresponds to any of the temperatures t 0 , t 1 , t 2 , ..., Or t n of the correction table, but when the correction table does not have the vortex frequency f, the vortex frequency It is estimated that the amount of change and the amount of change in the flow rate are in a linear relationship, and the flow rate at the vortex frequency f calculated by the above calculation circuit is output as the corrected flow rate.
  • the temperature t does not correspond to any of the temperatures of the correction table, and the temperature t is any of the temperatures t 0 , t 1 , t 2 , ..., Or t n , whichever is adjacent to the two temperatures t ⁇ and t.
  • the vortex frequency at the temperature t is calculated by the above calculation circuit, and the amount of change in vortex frequency and the flow rate. It is characterized in that the amount of change in Q is estimated to have a linear relationship and the flow rate at the vortex frequency f calculated by the above calculation circuit is output as the corrected flow rate.
  • FIG. 3 is a schematic structural diagram of an embodiment embodying the flow rate measuring device of the present invention.
  • 31 is a flow path in the measuring tube 30, and the fluid flows in the direction of the arrow.
  • the vortex generator 32 is arranged in the flow path 31. When the fluid flowing through the flow path 31 in the measuring tube 30 comes into contact with the vortex generator 32, a Karman vortex is generated on the downstream side of the vortex generator 32.
  • Reference numeral 33 is a Karman vortex detector installed on the downstream side of the vortex generator 32, which holds a columnar element having a piezoelectric element 35 (a detection element that detects a change in Karman vortex as a change in an electric signal) and a temperature sensor 36. It has a part 34. 37a and 37b are lead wires.
  • the vortex generator 32 vibrates.
  • the vibration is detected by the piezoelectric element 35 and converted into an electric signal.
  • the temperature sensor is arranged on the upstream side of the vortex generator 32, an obstacle will be arranged in front of the vortex generator 32, which may affect the generation of the vortex. Therefore, the temperature sensor 36 is located downstream of the piezoelectric element 35. It is placed on the side. Therefore, the flow rate of the fluid can be corrected based on the amount of change in the vortex frequency due to the temperature of the fluid measured by the temperature sensor 36.
  • the fluid to be measured also contains a corrosive chemical solution used as a cleaning solution for industrial equipment.
  • the constituent material of the flow rate measuring device needs to be composed of a material that can withstand the corrosive chemical solution. Therefore, it is preferable that the temperature sensor 36 is protected by a chemical resistant material (a material that can withstand a corrosive chemical solution). Further, it is more preferable that the material constituting the flow path 31 through which the fluid flows, the vortex generator 32 for generating Karman vortices, and the piezoelectric element 35 are protected by a chemical resistant material.
  • fluororesins such as PFA (perfluoroalkoxyalkane) and PTFE (polytetrafluoroethylene), which are excellent in acid resistance, alkali resistance and organic solvent resistance, are preferable.
  • the vortex generator 32 according to the embodiment of the present invention is made of PFA.
  • the linear expansion coefficient of the constituent material of the flow path is small.
  • the coefficient of linear expansion of PFA and PTFE is 12.4 ⁇ 10-5 / ° C near 20 to 100 ° C, and the coefficient of linear expansion of borosilicate glass, which has excellent acid resistance and alkali resistance, is 0 to 350 ° C. It is 3.2 ⁇ 10 -6 / ° C, which is more than an order of magnitude smaller than PFA and PTFE, and is more preferable as a constituent material for the flow path. Since the coefficient of linear expansion is 0.52 ⁇ 10 -6 / ° C., which is two orders of magnitude smaller than that of PFA or PTFE, it is more preferable as a constituent material for the flow path.
  • the temperature sensor 36 and the piezoelectric element 35 are protected by PFA or PTFE other than the constituent materials of the flow path, a measurement error due to a change in cross-sectional area due to a temperature rise does not occur. Therefore, when the measurement target is a corrosive chemical solution, it is preferable to cover the temperature sensor 36 and the piezoelectric element 35 with PFA or PTFE. It is more preferable to mix PFA or PTFE with a filler such as glass fiber or carbon graphite in an amount of about 20 to 25% by weight because the coefficient of linear expansion can be reduced by about 20 to 40%.
  • the element holding portion 34 and the measuring tube 30 of the present embodiment are made of PFA.
  • an obstacle is inserted into the fluid flow to generate a Karman vortex on the downstream side thereof, and a temperature sensor is arranged after the detection element that detects the change of the vortex as the change of the electric signal.
  • the flow rate of the fluid can be reliably corrected based on the amount of change in the vortex frequency due to the temperature of the fluid measured by the temperature sensor.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram of the main components of a general vortex flowmeter.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional vortex flow meter.
  • FIG. 3 is a schematic structural diagram of an embodiment embodying the flow rate measuring device of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic block configuration diagram of an electric circuit including a CPU having an arithmetic circuit provided in the flow rate measuring device of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram comparing the accuracy when the flow rate measured by the flow rate measuring device of the present invention is temperature-corrected and the accuracy when the temperature is not corrected.
  • a temperature sensor is arranged after the piezoelectric element that detects a change in Karman vortex as a change in an electric signal, and the flow rate is corrected based on the amount of change in vortex frequency due to the temperature of the fluid measured by the temperature sensor.
  • a specific correction procedure will be described below.
  • the temperature data measured by the temperature sensor 36 arranged at the rear stage of the piezoelectric element 35 in the element holding portion 34 of the Kalman vortex detector 33 passes through the lead wire 37b and is an electric circuit surrounded by a one-point chain wire in FIG. It is transferred to the temperature sensor circuit of the unit and the CPU. Then, the flow value calculated in the arithmetic circuit included in the CPU based on the vortex frequency converted from the electric signal of the piezoelectric element 35 is the amount of change in the vortex frequency due to the temperature of the fluid included in the CPU. It is output after temperature correction is performed based on the correction data in the correction table (pulse and current).
  • the vortex frequency 839.0 when the flow rate is 100% and the temperature is 25 ° C changes to 880.4 at 5 ° C. Even if the actual flow rate is constant, the vortex frequency changes depending on the temperature of the fluid as described above, so that the output flow rate calculated based on the vortex frequency differs.
  • the vortex frequency caused by the Karman vortex largely depends on the shape of the vortex generator and the shape of the flow path. By stabilizing the vortex generator and the shape of the flow path by molding, the rate of change of the vortex frequency by each product of each flow rate measuring device can be made uniform.
  • the flow rate of the fluid can be corrected based on the temperature information of the fluid from the temperature sensor by acquiring the change data as shown in Table 1 above for various fluids other than water. It is possible to do.
  • Table 3 For each product of the flow rate measuring device, measure only the vortex frequency at 25 ° C with a flow rate of 100%, and multiply that value by Table 2. For example, assuming that there is a product individual having a flow rate of 100% and a vortex frequency of 25 ° C. of 850 (1 / sec), Table 3 is created by multiplying this 850 by the numerical values in Table 2. Table 3 shows the correction table of the individual product, and the correction table is provided in the calculation circuit of the CPU shown in FIG.
  • Table 3 shows the temperature. Does not exist when the temperature is 25 ° C. and the vortex frequency is 440 (1 / sec). According to Table 3, the flow rate is 1.2 (liter / min) when the temperature is 25 ° C. and the vortex frequency is 428.5 (1 / sec), and the vortex frequency is 498.9 (1 / sec) when the temperature is 25 ° C.
  • the temperature shown in Table 3 is shown in Table 3. Does not exist when the temperature is 12 ° C. and the vortex frequency is 600 (1 / sec). According to Table 3, the vortex frequency is 255.8 (1 / sec) when the temperature is 5 ° C and the flow rate is 0.3 (liter / min), and the temperature is 15 ° C and the flow rate is 0.3 (liter). The vortex frequency at / min) is 233.6 (1 / sec), and it is estimated that the amount of change in temperature and the amount of change in vortex frequency are in a linear relationship by looking at the specific values in Table 3.
  • Table 4 shows the vortex frequency (1 / sec) when the temperature stored in the storage device in the CPU is 0.3 to 3.0 (liter / min) when the temperature is 12 ° C.
  • the flow rate is 1.8 (liter / min) when the temperature is 12 ° C. and the vortex frequency is 591.7 (1 / sec), and the vortex frequency is 662.1 (liter / min) when the temperature is 12 ° C.
  • the flow rate in the case of 1 / sec) is 2.1 (liter / min), and it is estimated that the amount of change in vortex frequency and the amount of change in flow rate are in a linear relationship by looking at the specific values in Table 3. be able to. Therefore, when the temperature is 12 ° C. and the vortex frequency is 600 (1 / sec), the corrected flow rate can be obtained as follows.
  • Tables 5 to 10 compare the accuracy of the temperature and flow rate of the fluid (water) fixed by a reference device and the output flow rate of the flow rate measuring device at that time when the temperature is corrected and when the temperature is not corrected. Is. As shown in Tables 5 to 10, the numerical value indicating the accuracy when the temperature is corrected is extremely small as compared with the case where the temperature is not corrected.
  • FIG. 5 is a diagram showing the accuracy when the temperature is not corrected by a broken line (the numerical value is the fluid temperature) and the accuracy when the temperature is corrected by a solid line. As is clear from FIG. 5, the accuracy is improved by performing the temperature correction, and it can be seen that the flow rate measuring device of the present invention can accurately measure the flow rate of the fluid without depending on the actual temperature of the fluid.
  • the flow rate measuring device is provided with a means by which the user can correct the flow rate. That is, based on the relationship between the measured actual fluid temperature and the fluid flow rate Q2 measured at a temperature different from the reference temperature with respect to the reference temperature for the fluid flow rate Q1 measured by the user who purchased the flow rate measuring device. Therefore, it is preferable that the flow rate measuring device has a function that allows the user to correct the flow rate of the fluid at the actual measured temperature.
  • the flow rate measuring device of the present invention is useful in various industrial fields where flow rate measurement is required as a flow rate measuring device capable of reliably correcting a measurement error due to the temperature of the fluid to be measured.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Details Of Flowmeters (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

被測定流体の温度による測定誤差を確実に補正することができる流量測定装置を提供する。測定管30内の流路31に渦発生体32を挿入して、渦発生体32の下流側にカルマン渦を発生させ、渦の変化を電気信号の変化として検出する圧電素子35の後段に温度センサ36を配置し、温度センサ36で測定した流体の温度における渦周波数と基準温度における流体の渦周波数との関係に基づいて流体の流量を補正する。

Description

流量測定装置
 この発明は、流量測定装置に関する。
 従来、流体の流れの中に障害物を置くと、その下流に互い違いの規則的な渦列(カルマン渦列)が発生することが知られており、このカルマン渦を利用して流量を測定する装置が提案されている。このカルマン渦式流量測定装置は、圧力損失の低さ、応答速度の速さ及び構造の簡潔さにおいて優れている。カルマン渦を検出する手段として、圧電素子、ストレインゲージ、容量センサ、シャトルピストン、サーミスタ及び超音波を用いた検出方式が既に提案されている。
 一般的な渦式流量計の主な構成要素の概略構造を図1に示す。図1に示すように、一般的な渦式流量計は、配管内の流れ1にカルマン渦2を発生させる渦発生体3と渦を検出する検出素子4及び検出素子4で検出した信号を処理する変換器から成っている。流路に対して直角方向に置かれた渦発生体3の下流には、カルマン渦が発生する。このカルマン渦の発生する周波数は、流体の速さ(流速)に比例していることが知られており、その関係式は以下の(1)式のようになる。
 f=St(v/d) (1)
 ここで、fは渦周波数(1/秒)、vは流体の平均流速(m/秒)、dは渦発生体の幅(m)、Stはストローハル数と呼ばれる定数である。
 一方、流路の断面積をS(m)とすれば、流量Q(m/秒)は次式(2)で求めることができる。
 Q=v×S    (2)
 (1)式より、v=(f×d)/Stを(2)式に代入すれば、次式(3)が得られる。
 Q=(f×d)×(S/St) (3)
 渦発生体の幅d(m)と流路の断面積S(m)は一定であるから、ストローハル数Stが一定であれば、kを定数とすれば、流量Q(m/秒)は次式(4)で表すことができる。 
 Q=f×k        (4)
 従って、渦周波数fを検出することによって流量Qを求めることができる。
 ところが、ストローハル数はレイノルズ数により変化し、レイノルズ数Reは、次式(5)で定義される。
 Re=(ρv)/(μv/D) 
   =v×D/ν     (5)
 ここで、ρは流体の密度(kg/m)、vは流体の平均流速(m/秒)、μは流体の粘性係数(kg/m・秒)、Dは流路の幅(m)、νは動粘性係数(m/秒)である。
 上式(5)よりレイノルズ数は動粘性係数の関数であり、動粘性係数は流体の温度によって変化するので、流体の実際温度によって測定流量に誤差が生じることがある。そこで、カルマン渦を利用して流量を測定する方式では、測定流量を補正することが必要である。
 例えば、特許文献1には、図2に示すように、温度センサ一体型渦流量計11が開示されている。この温度センサ一体型渦流量計11は、測定管12と、渦発生体13と、温度センサ14を内蔵した渦検出センサ15とを備え、渦発生体13には一端が開口した計測室16が形成され、計測室16には、被測定流体の流れに対して直交する方向に貫通する導圧孔17が形成され、渦検出センサ15は振動管18と渦検出部19とを備え、振動管18は計測室16に差し込まれる可動管部20と、可動管部20の一端に連成される受圧板21を有し、測定管12の流路22に被測定流体が流れ、カルマン渦が発生すると、渦検出部19は、振動管18が受けるカルマン渦による圧力変動を電気信号に変換して質量変換器へ出力し、質量変換器内の温度補正手段によって温度センサ14の指示温度を補正して質量流量を算出することが記載されている。
特許第3964416号明細書
 特許文献1には、温度センサ一体型渦流量計が開示されているが、単に温度補正手段を備えているだけであり、温度補正手段の具体的な構成も不明であって、被測定流体の温度による流量誤差を補正することは困難である。
 本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、被測定流体の温度による流量誤差を確実に補正することができる流量測定装置を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明の流量測定装置は、流体の流れの中に挿入した渦発生体と、当該渦発生体の下流側に発生したカルマン渦の変化を電気信号の変化として検出する検出素子と、上記電気信号を渦周波数に変換する電気回路と、上記渦周波数に基づいて流体の流量を演算する演算回路とを備えた流量測定装置において、検出素子の後段に温度センサを配置し、あらかじめ当該流体について求めた温度t、t、t、・・・、t(t<t<t<・・・<t)と渦周波数と流量との関係を示す補正テーブルを上記演算回路に備え、上記温度センサで測定した当該流体の温度をtとし、上記検出素子で検出した電気信号から変換した渦周波数をfとした場合、
 上記温度tと渦周波数fが、上記補正テーブルが有する温度と渦周波数に合致する場合、当該合致した渦周波数における流量を補正後の流量として出力し、
 上記温度tは上記補正テーブルが有する温度t、t、t、・・・、又はtのいずれかに該当するが、上記渦周波数fを上記補正テーブルが有しない場合、渦周波数の変化量と流量の変化量は線形の関係にあると推定して上記演算回路により演算した渦周波数fにおける流量を補正後の流量として出力し、
 上記温度tは上記補正テーブルが有する温度のいずれかに該当せず、温度tは温度t、t、t、・・・、又はtのいずれか隣接する2つの温度tαとtβのあいだに含まれる場合、温度の変化量と渦周波数の変化量は線形の関係にあると推定して上記演算回路により当該温度tにおける渦周波数を演算し、且つ渦周波数の変化量と流量Qの変化量は線形の関係にあると推定して上記演算回路により演算した渦周波数fにおける流量を補正後の流量として出力することを特徴としている。
 図3は、本発明の流量測定装置を具現した一実施態様の概略構造図である。図3において、31は測定管30内の流路で、流体は矢印方向に流れる。流路31には渦発生体32が配置される。測定管30内の流路31を流れる流体が渦発生体32に当接することにより、渦発生体32の下流側にカルマン渦が発生する。
 33は渦発生体32の下流側に設置されるカルマン渦検出器で、圧電素子35(カルマン渦の変化を電気信号の変化として検出する検出素子)と温度センサー36を内蔵する円柱状の素子保持部34を有する。37a、37bはリード線である。
 以上のような構成において、測定管30内を流れる流体が渦発生体32に当接することによって渦発生体32の下流側に発生するカルマン渦に反応して、素子保持部34が振動すると、その振動は圧電素子35によって検出され、電気信号に変換される。渦発生体32の上流側に温度センサを配置すると渦発生体32の前に障害物を配置することになり、渦の発生に影響する可能性があるので、温度センサ36は圧電素子35の下流側に配置されている。そこで、温度センサ36で測定した流体の温度による渦周波数の変化量に基づいて流体の流量を補正することができる。
 ところで、被測定流体には、工業装置の洗浄液として使用される腐食性薬液も存在する。測定対象が腐食性薬液である場合、流量測定装置の構成材料は腐食性薬液に耐える素材で構成されることが必要である。そこで、温度センサ36は耐薬品性素材(腐食性薬液に耐える素材)で保護されていることが好ましい。さらに、流体の流れる流路31を構成する素材、カルマン渦を発生させる渦発生体32及び圧電素子35が耐薬品性素材で保護されていることがより好ましい。この耐薬品性素材としては、耐酸性、耐アルカリ性及び耐有機溶剤性に優れているPFA(パーフルオロアルコキシアルカン)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂が好ましい。なお、本発明の実施形態である渦発生体32はPFA製である。
 温度変化による流路の断面積変化を抑えるためには、流路の構成素材の線膨張係数は小さい方が好ましい。PFAやPTFEの線膨張係数は、20~100℃付近では12.4×10-5/℃であり、耐酸性と耐アルカリ性に優れている硼珪酸ガラスの0~350℃での線膨張係数は3.2×10-6/℃であって、PFAやPTFEに比べて1桁以上小さいので流路の構成素材としてより好ましく、石英は耐酸性と耐アルカリ性に優れるうえ、0~100℃での線膨張係数は0.52×10-6/℃であって、PFAやPTFEに比べて2桁以上小さいので、流路の構成素材としてさらに好ましい。
 流路の構成素材以外、すなわち、温度センサ36及び圧電素子35をPFAやPTFEで保護しても、温度上昇による断面積変化に基づく測定誤差は生じない。そこで、測定対象が腐食性薬液である場合、温度センサ36及び圧電素子35をPFAやPTFEで被覆することが好ましい。なお、PFAやPTFEにグラスファイバーやカーボングラファイト等の充填物を20~25重量%程度混合すると、線膨張係数を20~40%程度低減することができるので、より好ましい。なお、本実施形態の素子保持部34及び測定管30はPFA製である。
 本発明の流量測定装置は、流体の流れの中に障害物を挿入してその下流側にカルマン渦を発生させ、渦の変化を電気信号の変化として検出する検出素子の後段に温度センサを配置し、上記温度センサで測定した流体の温度による渦周波数の変化量に基づいて流体の流量を確実に補正することができる。
図1は、一般的な渦式流量計の主な構成要素の概略構造図である。 図2は、従来の渦式流量計の概略断面図である。 図3は、本発明の流量測定装置を具現した一実施態様の概略構造図である。 図4は、本発明の流量測定装置が備えている演算回路を有するCPUを含む電気回路の概略ブロック構成図である。 図5は、本発明の流量測定装置で測定した流量を温度補正した場合の精度と、温度補正しなかった場合の精度とを比較する図である。
 以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は例示であり、本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、様々な変更や修正が可能である。
 本発明は、カルマン渦の変化を電気信号の変化として検出する圧電素子の後段に温度センサを配置し、上記温度センサで測定した流体の温度による渦周波数の変化量に基づいて流量を補正することを特徴としているが、以下に、具体的な補正手順について説明する。
 すなわち、図3に示す流量測定装置において、測定管30内の流路31を流れる流体が渦発生体32に当接することにより、渦発生体32の下流側にカルマン渦が発生し、渦発生体32の下流側に設置されるカルマン渦検出器33の素子保持部34内の圧電素子35により電気信号に変換され、リード線37aを経て、図4にて一点鎖線で囲んだ電気回路部の電荷電圧変換回路、差動回路、フィルタ回路、渦周波数測定回路及びCPUに転送される。一方、カルマン渦検出器33の素子保持部34内の圧電素子35の後段に配置された温度センサ36で測定した温度データは、リード線37bを経て、図4にて一点鎖線で囲んだ電気回路部の温度センサ回路及びCPUに転送される。そして、圧電素子35の電気信号から変換された渦周波数に基づいてCPUが備えている演算回路において演算された流量値は、CPUが備えている当該流体について温度による渦周波数の変化量を求めた補正テーブルが有する補正用データに基づいて温度補正が行われた後、出力される(パルスおよび電流)。
 以下の表1には、流体が水である場合に、当該流量測定装置の最大流量値3liter/minの場合を100%として、流量値が10~100%の場合において、水の温度を5℃、15℃、25℃、35℃、45℃、55℃と変化させたときの渦周波数(1/秒)を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、流量が100%で、温度が25℃のときの渦周波数839.0が、5℃では880.4に変化している。流れている実際の流量は一定であっても、上記のとおり渦周波数は流体の温度によって変化しているので、渦周波数に基づいて演算した出力流量に違いが出る。なお、カルマン渦に起因する渦周波数は、渦発生体の形状や流路形状に大きく依存する。渦発生体や流路形状を成型により安定化させることで各流量測定装置の製品個体による渦周波数の変化率を一様にすることができる。よって、各流量測定装置の製品個体毎に流体温度の変化による渦周波数のデータを採取することなく、代表値を流量測定装置の全製品に記憶させることで、流量の補正を実現することができる。粘性係数は流体の種類によって異なるので、水以外の各種流体について上記の表1のような変化データを取得しておくことで、当該流体の流量を温度センサからの流体の温度情報を基に補正することが可能である。
 複数の流量測定装置の製品個体の実験により取得した表1に示すような渦周波数の温度変化テーブルの平均値から流量が100%で25℃の渦周波数を1.0000とするように正規化した表2を作成し、この表2を基本テーブルとして、図4に示すCPUの記憶装置に記憶させる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 各流量測定装置の製品個体において流量が100%で25℃の渦周波数のみを測定し、その値を表2に乗算する。例えば、流量が100%で25℃の渦周波数が850(1/秒)の製品個体があったとすると、この850を表2の数値に乗じることで表3が作成される。この表3が、この製品個体の補正テーブルであり、補正テーブルを図4に示すCPUの演算回路に備える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 当該流体の流量測定時に温度センサ36により測定された流体の温度と、圧電素子35により検出された電気信号から変換された渦周波数に基づいて、流体の流量を補正する具体的な手順について、以下に説明する。
 (1)温度センサ36で測定した当該流体の温度が15℃であり、圧電素子35により検出された電気信号から変換された渦周波数が724.6(1/秒)であるとき、この温度と渦周波数に合致する数値が表3にある。そこで、表3に基づいて、温度が15℃で渦周波数が724.6(1/秒)であるとき、2.4(liter/min)が補正後の流量として図4に示すCPUから出力される。
 (2)温度センサ36で測定した当該流体の温度が25℃であり、圧電素子35により検出された電気信号から変換された渦周波数が440(1/秒)であるとき、表3には温度が25℃で渦周波数440(1/秒)の場合は存在しない。表3によれば、温度が25℃で渦周波数428.5(1/秒)の場合の流量は1.2(liter/min)であり、温度が25℃で渦周波数498.9(1/秒)の場合の流量は1.5(liter/min)であり、表3の具体的な数値を見れば、渦周波数の変化量と流量の変化量は線形の関係にあると推定することができる。そこで、温度が25℃で渦周波数が440(1/秒)であるとき、補正後の流量は次のように求めることができる。
 1.2(liter/min)+(1.5-1.2)×(440-428.5)/(498.9-428.5)=1.249(liter/min)
 この計算を図4に示すCPUが備えている演算回路が演算して、温度が25℃で渦周波数が440(1/秒)であるとき、1.249(liter/min)が補正後の流量として図4に示すCPUから出力される。
 (3)温度センサ36で測定した当該流体の温度が12℃であり、圧電素子35により検出された電気信号から変換された渦周波数が600(1/秒)であるとき、表3には温度が12℃で渦周波数600(1/秒)の場合は存在しない。表3によれば、温度が5℃で流量が0.3(liter/min)のときの渦周波数は255.8(1/秒)であり、温度が15℃で流量が0.3(liter/min)のときの渦周波数は233.6(1/秒)であり、表3の具体的な数値を見れば、温度の変化量と渦周波数の変化量は線形の関係にあると推定することができる。そこで、温度が12℃で流量が0.3(liter/min)のとき、渦周波数(1/秒)は次のように求めることができる。
 233.6+(255.8-233.6)×(15-12)/(15-5)=240.3
 同様にして、温度が12℃で流量が0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7、3.0(liter/min)のときの渦周波数(1/秒)を求めることができる。
 この計算を図4に示すCPUが備えている演算回路が演算して、CPU内の記憶装置に記憶される。
 以下の表4は、CPU内の記憶装置に記憶される温度が12℃のときの0.3~3.0(liter/min)のときの渦周波数(1/秒)を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 さらに、表4によれば、温度が12℃で渦周波数591.7(1/秒)の場合の流量は1.8(liter/min)であり、温度が12℃で渦周波数662.1(1/秒)の場合の流量は2.1(liter/min)であり、表3の具体的な数値を見れば、渦周波数の変化量と流量の変化量は線形の関係にあると推定することができる。そこで、温度が12℃で渦周波数が600(1/秒)であるとき、補正後の流量は次のように求めることができる。
 1.8(liter/min)+(2.1-1.8)×(600-591.7)/(662.1-591.7)=1.835(liter/min)
 この計算を図4に示すCPUが備えている演算回路が演算して、温度が12℃で渦周波数が600(1/秒)であるとき、1.835(liter/min)が補正後の流量として図4に示すCPUから出力される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 表5から表10は、基準器によって流体(水)の温度と流量を固定し、その際の流量測定装置の出力流量を、温度補正した場合と温度補正しなかった場合における精度を比較するものである。表5から表10に示すように、温度補正しなかった場合に比べて、温度補正をした場合の精度を示す数値は極めて小さい。図5は、温度補正をしなかった場合の精度を破線(数値は流体温度である)で示し、温度補正をした場合の精度を実線で示す図である。図5に明らかなように、温度補正をすることによって精度は向上し、本発明の流量測定装置によって、実際の流体の温度に依存せず、正確に流体の流量を測定できることが分かる。
 表5から表10において、精度とは以下に説明する値である。例えば、表10において、基準流量が0.3(liter/min)のとき、温度補正なしの出力流量は0.237(liter/min)であり、基準流量との差は、「-0.063(liter/min)」であるから、フルスケール(FS)である3.0(liter/min)に対する比率(-0.063/3.0)は、「-2.10%」である。この「-2.10%」が表10に示す精度である。また、表10において、基準流量が0.3(liter/min)のとき、温度補正ありの出力流量は0.304(liter/min)であり、基準流量との差は、「0.004(liter/min)」であるから、フルスケール(FS)である3.0(liter/min)に対する比率(0.004/3.0)は、「0.13%」である。この「0.13%」が表10に示す精度である。
 しかし、ユーザーが使用する流体の種類は様々であり、あらかじめ流量測定装置に組み込まれた補正テーブルの対象である流体と異なる流体がユーザーで使用される場合がある。そこで、別の実施形態として、ユーザーが流量を補正できる手段を、流量測定装置が備えることが好ましい。すなわち、流量測定装置を購入したユーザーにおいて、測定した実際の流体の温度と、基準温度で測定された流体の流量Q1に対する基準温度とは異なる温度で測定された流体の流量Q2との関係に基づいて、当該実際の測定温度における流体の流量をユーザーが補正することができる機能を流量測定装置が備えていることが好ましい。
 以上、説明したように、本発明の流量測定装置は、被測定流体の温度による測定誤差を確実に補正することができる流量測定装置として、流量測定の必要な様々な工業分野において有用である。
 30 測定管
 31 流路
 32 渦発生体
 33 カルマン渦検出器
 34 素子保持部
 35 圧電素子
 36 温度センサ
 37a、37b リード線

Claims (3)

  1.  流体の流れの中に挿入した渦発生体と、当該渦発生体の下流側に発生したカルマン渦の変化を電気信号の変化として検出する検出素子と、上記電気信号を渦周波数に変換する電気回路と、上記渦周波数に基づいて流体の流量を演算する演算回路とを備えた流量測定装置において、検出素子の後段に温度センサを配置し、あらかじめ当該流体について求めた温度t、t、t、・・・、t(t<t<t<・・・<t)と渦周波数と流量との関係を示す補正テーブルを上記演算回路に備え、上記温度センサで測定した当該流体の温度をtとし、上記検出素子で検出した電気信号から変換した渦周波数をfとした場合、
     上記温度tと渦周波数fが、上記補正テーブルが有する温度と渦周波数に合致する場合、当該合致した渦周波数における流量を補正後の流量として出力し、
     上記温度tは上記補正テーブルが有する温度t、t、t、・・・、又はtのいずれかに該当するが、上記渦周波数fを上記補正テーブルが有しない場合、渦周波数の変化量と流量の変化量は線形の関係にあると推定して上記演算回路により演算した渦周波数fにおける流量を補正後の流量として出力し、
     上記温度tは上記補正テーブルが有する温度のいずれかに該当せず、温度tは温度t、t、t、・・・、又はtのいずれか隣接する2つの温度tαとtβのあいだに含まれる場合、温度の変化量と渦周波数の変化量は線形の関係にあると推定して上記演算回路により当該温度tにおける渦周波数を演算し、且つ渦周波数の変化量と流量Qの変化量は線形の関係にあると推定して上記演算回路により演算した渦周波数fにおける流量を補正後の流量として出力することを特徴とする流量測定装置。
  2.  温度センサが耐薬品性素材で保護されていることを特徴とする請求項1に記載の流量測定装置。
  3.  流体の流れの中に障害物を挿入してその下流側にカルマン渦を発生させ、渦の変化を電気信号の変化として検出して流体の流量を測定する流量測定装置において、流体の温度と、基準温度で測定された流体の流量Q1に対する基準温度とは異なる温度で測定された流体の流量Q2との関係に基づいて、当該温度で測定された流体の流量を補正することを特徴とする流量測定装置。
PCT/JP2020/036832 2020-09-29 2020-09-29 流量測定装置 WO2022070239A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/027,423 US20240011806A1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Flow measurement device
JP2021503073A JPWO2022070239A1 (ja) 2020-09-29 2020-09-29
KR1020237009906A KR20230053687A (ko) 2020-09-29 2020-09-29 유량 측정 장치
CN202080103845.7A CN116209881A (zh) 2020-09-29 2020-09-29 流量测量装置
PCT/JP2020/036832 WO2022070239A1 (ja) 2020-09-29 2020-09-29 流量測定装置
TW110113083A TWI802865B (zh) 2020-09-29 2021-04-12 流量測定裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/036832 WO2022070239A1 (ja) 2020-09-29 2020-09-29 流量測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022070239A1 true WO2022070239A1 (ja) 2022-04-07

Family

ID=80951489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/036832 WO2022070239A1 (ja) 2020-09-29 2020-09-29 流量測定装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240011806A1 (ja)
JP (1) JPWO2022070239A1 (ja)
KR (1) KR20230053687A (ja)
CN (1) CN116209881A (ja)
TW (1) TWI802865B (ja)
WO (1) WO2022070239A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118032066B (zh) * 2024-04-12 2024-06-25 珠海吉泰克物理科技有限公司 流量传感器组件、流量传感器及其制造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5411766A (en) * 1977-06-28 1979-01-29 Kawasaki Steel Co Vortex flowmeter
JPS58208622A (ja) * 1982-05-28 1983-12-05 Mazda Motor Corp エンジンの吸入空気量検出装置
JPS63201528A (ja) * 1987-02-18 1988-08-19 Mitsubishi Motors Corp 体積流量計測装置
JPH07209043A (ja) * 1994-01-17 1995-08-11 Yokogawa Electric Corp 振動型流量計
JP2000193529A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Fuyo Sangyo Kk 配管内温度測定用センサ並びに配管手段を具えた配管内温度測定用センサ
JP2009288153A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Denso Corp 空気流量測定装置、空気流量補正方法、および、プログラム

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3964416B2 (ja) 2004-09-14 2007-08-22 株式会社オーバル 温度センサ一体型渦流量計
JP6703969B2 (ja) * 2017-09-25 2020-06-03 Ckd株式会社 渦流量計

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5411766A (en) * 1977-06-28 1979-01-29 Kawasaki Steel Co Vortex flowmeter
JPS58208622A (ja) * 1982-05-28 1983-12-05 Mazda Motor Corp エンジンの吸入空気量検出装置
JPS63201528A (ja) * 1987-02-18 1988-08-19 Mitsubishi Motors Corp 体積流量計測装置
JPH07209043A (ja) * 1994-01-17 1995-08-11 Yokogawa Electric Corp 振動型流量計
JP2000193529A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Fuyo Sangyo Kk 配管内温度測定用センサ並びに配管手段を具えた配管内温度測定用センサ
JP2009288153A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Denso Corp 空気流量測定装置、空気流量補正方法、および、プログラム

Also Published As

Publication number Publication date
TWI802865B (zh) 2023-05-21
CN116209881A (zh) 2023-06-02
KR20230053687A (ko) 2023-04-21
JPWO2022070239A1 (ja) 2022-04-07
US20240011806A1 (en) 2024-01-11
TW202212781A (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1051597B1 (en) System for validating calibration of a coriolis flowmeter
US9086308B2 (en) Method for operating a coriolis mass flow rate meter and coriolis mass flow rate meter
US2772567A (en) Mass flowmeter
WO2005095902A1 (en) Simplified fluid property measurement
JP4158980B2 (ja) マルチ渦流量計
WO2007145037A1 (ja) 圧力計一体形マルチ渦流量計
CN104903686A (zh) 用于确定多相流的质量流量比的方法和涡流测量仪
WO2022070239A1 (ja) 流量測定装置
US20190011297A1 (en) Flow measuring device operating on the vortex counter principle
US4033188A (en) Linear vortex-type flowmeter
US9188471B2 (en) Two-phase flow sensor using cross-flow-induced vibrations
US10539442B2 (en) Fluid momentum detection method and related apparatus
US9976890B2 (en) Vibrating flowmeter and related methods
RU2351900C2 (ru) Расходомер жидких сред в трубопроводах
JP6202327B2 (ja) 質量流量計及び静圧計測方法
JP3237366B2 (ja) 振動型流量計
AU2022277006A1 (en) A flow meter suitable for determining fluid characteristics
JP6537566B2 (ja) 感温素子の駆動方法、駆動装置、および渦流量計
RU159139U1 (ru) Датчик расходомера
JPS5921483B2 (ja) 流体測定装置
SECOND GALLONS PER MINUTE (m³/h)
JP5580396B2 (ja) 流体センサ及び流体測定装置
WO2023195844A1 (en) An improved flow meter for determining fluid characteristics
Wang et al. Analysis on vibration characteristics of coriolis mass flow sensor
RU2097706C1 (ru) Вихревой расходомер

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021503073

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20956169

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18027423

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237009906

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20956169

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1