JPH03238321A - カルマン渦流量計 - Google Patents

カルマン渦流量計

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Publication number
JPH03238321A
JPH03238321A JP2034473A JP3447390A JPH03238321A JP H03238321 A JPH03238321 A JP H03238321A JP 2034473 A JP2034473 A JP 2034473A JP 3447390 A JP3447390 A JP 3447390A JP H03238321 A JPH03238321 A JP H03238321A
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JP
Japan
Prior art keywords
vortex
vortex generating
columnar body
hollow
hollow part
Prior art date
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Pending
Application number
JP2034473A
Other languages
English (en)
Inventor
Wataru Nakagawa
亘 中川
Osamu Kashimura
修 鹿志村
Naohiro Konosu
直広 鴻巣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2034473A priority Critical patent/JPH03238321A/ja
Publication of JPH03238321A publication Critical patent/JPH03238321A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
この発明は、カルマン渦によって渦発生体に作用する交
番力を渦信号として取り出して流体の流速流量を測定す
る流量計であって、とくに外部振動の影響抑制をして測
定精度の向上を図ったカルマン渦流量計に関する。
【従来の技術】
従来例としての特開昭64−18021号について、そ
の断面図である第9図を参照しながら説明する。 第9図において、52はステンレス鋼からなる一体構造
の渦発生体で、下端部が閉鎖された筒状の渦発生部52
aと、その上端部のフランジ部52bとからなる。渦発
生体52は、フランジ部52bによって管路lにネジ固
定される。そして、中空部の上端部内面の流れ方向に直
角な対向箇所に一対の各圧電素子55が固着されている
。このように、渦発生体52を筒状構造体にした理由は
、筒状構造にすることによってその質量を減少させ、外
部の振動や衝撃による渦発生体52の慣性力を減少させ
るためである。この慣性力は、S/N比を低下させて流
量測定の精度を悪化させるから、できるだけ減少させな
ければならない。 なお、特開昭64−18022号では、渦発生体を板金
構造にする提案がなされているが、その目的とする所と
、基本的構成とは前記と同様である。
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、たとえば特開昭64−18021
号に示された従来の技術では、渦発生体52の筒状構造
体に外部から流体圧力が作用するから、機械約強度の面
から渦発生部52aの質量軽減に限度があり、ひいては
振動影響の抑制が十分にできず、測定精度の向上が十分
に図れない。また、外圧に基づく圧電素子550箇所で
の応力が、さらにS/N比を減少させる原因ともなる。 この発明の課題は、従来の技術がもつ以上の問題点を解
消し、外部振動の影響抑制をして測定精度の向上を図る
カルマン渦流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明に係るカルマン渦流
量計は、 被測定流体が流れる管路内に挿設された渦発生体を備え
る流量計において、 前記渦発生体は、 前記管路内に位置し自由端部をもつ主部と、この主部の
内部に位置し前記自由端部に開口する有底の中空部と、
この中空部の底近傍に位置しこの中空部と外部とをつな
ぐ連通孔とを備える。
【作用】
渦発生体は、その内部の中空部に被測定流体が充満する
から、渦発生体自体の質量が減少して外部振動に係る慣
性力が減少するとともに、内外から同じ流体圧力を受け
る。
【実施例】
本発明に係るカルマン渦流量計の実施例について、以下
に図面を参照しながら説明する。 第1図は一実施例の要部の断面図、第2図は同じくその
A−A断面図である。第2図に示すように、渦発生部2
aは、その断面が等迫台形で、その長底辺に近接対向し
て流れ方向Qに関して上流側に、はぼ同じ長さの底辺が
位置するように、等辺三角形の断面をもつ柱状体9が設
置される。これらの渦発生部2aおよび柱状体9は、広
義のカルマン渦発生体を構成し、渦発生部2aが渦発生
の主部に、柱状体9が渦発生を支援する副部にそれぞれ
相当する。 第1図において、渦発生体2のフランジ部2bは、管路
1の側壁に0リング14を介して密閉的に嵌挿され、表
面側の端部に、その軸線と、管路1の軸線とを含む平面
に関して対称に配置されて一対の各圧電素子5が封着剤
6によって埋設される。 各圧電素子5は、圧電物質を挟んで互いに対向する各電
極5a、5bが前記の対称面に平行になるように位置決
めされる。渦発生部2aの内部には、圧電素子5の下方
位置に底部をもち、管路工の内部に開口する中空部2C
が形成される。言いかえれば、渦発生部2aは筒状構造
になっている。しかも、中空部2Cの底部近傍には、内
外を連通ずる孔2dがあけられる。 一対の各圧電素子5からの信号を差動処理することによ
って、第2図において横方向に交番的に作用する渦力は
2倍される形になり、同じくその縦方向に作用する抗力
は相殺される形になる。さらに、渦発生部2aは中空部
2Cを内部にもつ筒状構造であるから、その質量が小さ
く、外部振動を受けたときの慣性力も小さくなる。した
がって、慣性力の渦力に対する影響が抑制され、S/N
比が増して測定の感度、精度の向上が図れる。 また、渦発生部2aは、その内部の中空部2Cに被測定
流体が充満するから、内外から同じ流体圧力を受け、そ
の結果、機械的変形と機械的強度低下が防げる。言いか
えれば渦発生部2aは、機械的変形と機械的強度低下の
おそれなく、その質量を減少させて外部振動の影響を抑
制することができる。なお、孔2dは、中空部2cに気
泡が残留することを防ぎ、そこに被測定流体が完全に充
満することを支援する。 本発明に係るカルマン渦流量計の別の実施例について、
その要部の断面図である第3図を参照しながら説明する
。この別の実施例は、同じ発明者が先に提案した、外部
振動の影響補償のために渦発生体に対するバランスウェ
イトを備えるカルマン渦流量針に、本発明を適用したも
のである。 第3図において、別の実施例の要部は、概略的に言えば
、管路1の側壁にネジ固定される基台12と、この基台
12にネジ固定される検出体13とからなる。 基台12は主として、管路1の側壁外周への固定部とし
ての基板12aと、基板12aの中心にある突8部で側
壁に嵌挿される支承部12bと、この支承部12bから
管路1の内部に突出するカルマン渦発生支援用の柱状体
12cと、この柱状体12cの先端に位置し管路1の側
壁の対向箇所に嵌挿される支承部12dとからなる。各
支承部12b、 12dの、管路1の側壁への嵌挿は、
柱状体12cに対する防振のために各々Oリング15.
16を介してなされる。 検出体13は主として、基板12aの表面にネジ固定さ
れるフランジ部13aと、このフランジ部13aから管
路1の内部側に伸びる支柱部13bと、これに続くカル
マン渦発生体としての柱状体13cと、フランジ部13
aから管路1の外方に伸びる支柱部13eと、支柱部1
3eの先端部に位置可調整に固定されるウェイト13f
とからなる。検出体3を構成する前記の各部分は全て同
軸である。なお、柱状体13cは一1部分破断図に示す
ように、その内部に有底で下端部に開口する中空部をも
つ筒状構造になっていて、底部近傍に内外連通用の孔1
3dを備える。 さて、第4図は第3図におけるB−B断面図であり、第
4図に示すように、基台12の柱状体12cは、その断
面が等辺三角形をなし、検出体13の柱状体13cは、
その断面が等辺台形をなす。柱状体12cの断面の等辺
三角形の底辺と、柱状体13cの断面の等辺台形の長底
辺とは、はぼ同じ長さで近接対向している。これら各柱
状体12c、 13cは、実施例において述べたと同様
に広義のカルマン渦発生体を構成し、柱状体13cが渦
発生の主部、柱状体12cが渦発生を支援する副部に相
当する。 ここで重要なことは、主な渦発生体としての柱状体13
cが、外部振動を受けたときの慣性力によるフランジ部
13aの箇所に関する曲げモーメント(以下、慣性曲げ
モーメントという)と、支柱部13eとウェイト13f
とが、外部振動を受けたときのフランジ部13aの箇所
に関する慣性曲げモーメントとが互いに同じ大きさで逆
方向になるように構成されている。言いかえれば、この
条件が成り立つように、予め概略的に決められた寸法9
重さのウェイト3が微細に位置調整される。 したがって、支柱部13bおよび主な渦発生体としての
柱状体13cが外部振動を受けたときのフランジ部13
aの箇所に関する慣性曲げモーメントは、バランスウェ
イトとしての支柱部13eとウェイト13fとが同じ外
部振動を受けたときのフランジ部13aの箇所に関する
慣性曲げモーメントによって相殺される。 第8図は以上のことを示す模式図で、同図において、フ
ランジ部13aの箇所に関する慣性曲げモーメン)Ml
は、支柱部13b、柱状部13cに係る矢印表示した各
部の慣性力によるもの、同じくその慣性モーメントM2
は、支柱部13e、ウェイト13fに係る矢印表示した
各部の慣性力によるもので、各慣性モーメン)Ml、M
2は大きさが同じで方向が逆になる。なお、第7図は柱
状部13cの各部に作用する矢印表示したカルマン渦に
よる力(渦力)の、フランジ部13aの箇所に関する曲
げモーメントMの模式図である。その結果、フランジ部
13aに固着された後述の圧電素子14(第3図参照)
の出力は、外部振動の影響が除去されてカルマン渦の振
動数だけに対応した周波数になる。 再び第3図に戻り、14は圧電素子で、フランジ部13
aの上面に支柱部13eを貫通させる形で固着される。 圧電素子14は、その表面図である第5図と、その裏面
図である第6図に示すように、圧電物質を中間に挟む形
で構成されハツチング表示の各電極14a、 14b、
 14c、 14dからなる。なお、各電極14a、 
14bは、フランジ部13aの中心を通り流体の流れ方
向Qに平行な直線、X−Xに関して対称に配置された二
つの分電極で、外方の表面に固着される。また電極14
dは、分電極である各電極14a。 14bに対応する一つの共通電極で、内側の表面に固着
される。なお、外方の表面に固着される電極14cは、
共通電極である電極14dと一体化され出力取出し部の
役目をする。これは、出力取出しが電極14dの部分か
らは困難なので、電気的に等価な電極14cからおこな
うわけである。このようにして出力信号は、各電極14
a、 14bと、電極14cを介して電極14dとの間
から各々取り出される。 しかも、圧電素子14からは、第4図に示した柱状体1
3cに作用する流れ方向Qに直角なY−Y方陶(揚力方
向)の交番力だけ、言いかえれば、流体の流速流量だけ
に対応する出力信号が、周知の電子回路によって差動的
に処理され、2倍された形で取り出され、流れ方向Qの
抗力に応じる出力信号は相殺されることになる。このこ
とは、測定の感度、精度の向上に役立つ。 その結果、フランジ部13aに固着された圧電素子14
の出力は、外部振動の影響が除去されてカルマン渦の振
動数だけに対応した周波数として取り出される。しかも
、柱状体13cが筒状構造で質量が小さいから、これ対
応するバランスウェイトとしての、支柱部13eおよび
ウェイト13fの質量も小さくてよく、そのために同時
にウェイト13fの位置調整も容易になる。その結果、
検出体13の質量も小さくなって流量計の軽量化に役立
つ。
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、渦発生体は
、その内部の中空部に被測定流体が充満するから、渦発
生体自体の質量が減少して外部振動に係る慣性力が減少
するとともに、内外から同じ流体圧力を受ける。 したがって、この発明によれば、従来の技術に比べ次の
ようなすぐれた効果がある。 (1)外部振動に係る慣性力の減少によって、その分だ
け外部振動の影響が抑制され、測定精度の向上が図れる
。 (2)渦発生体は内外から同じ流体圧力を受けるから、
その機械的変形と機械的強度の低下とが防止され、流量
計の信顧性向上につながる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る一実施例の要部の断面図、第2図
は第1図におけるA−A断面図、第3図は同じくその別
の実施例の要部の断面図、第4図は第3図におけるB−
B断面図、第5図は別の実施例における圧電素子の表面
図、第6図は同じくその裏面図、 第7図は別の実施例における渦力による曲げモーメント
の模式図、 第8図は同じくその外部振動による慣性曲げモーメント
の模式図、 第9図は従来例の断面図である。 符号説明 1:管路、2:渦発生体、2a :渦発生部、2b、1
3a  :フランジ部、2C:中空部、2d、13d 
 :孔、5.14:圧電素子、12:基台、12a:基
板、12b、12d  :支承部、12c、13c  
:柱状体、13:検出体、13b、13e :支柱部、
13f:ウェイト。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)被測定流体が流れる管路内に挿設された渦発生体を
    備える流量計において、前記渦発生体は、前記管路内に
    位置し自由端部をもつ主部と、この主部の内部に位置し
    前記自由端部に開口する有底の中空部と、この中空部の
    底近傍に位置しこの中空部と外部とをつなぐ連通孔とを
    備えることを特徴とするカルマン渦流量計。
JP2034473A 1990-02-15 1990-02-15 カルマン渦流量計 Pending JPH03238321A (ja)

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JP2034473A JPH03238321A (ja) 1990-02-15 1990-02-15 カルマン渦流量計

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JP2034473A Pending JPH03238321A (ja) 1990-02-15 1990-02-15 カルマン渦流量計

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5869772A (en) * 1996-11-27 1999-02-09 Storer; William James A. Vortex flowmeter including cantilevered vortex and vibration sensing beams

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JPS5046155A (ja) * 1973-08-28 1975-04-24
JPS5173465A (ja) * 1974-12-23 1976-06-25 Yokogawa Electric Works Ltd
JPS56120917A (en) * 1980-02-28 1981-09-22 Yokogawa Hokushin Electric Corp Vortex flowmeter

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