JPH048730B2 - - Google Patents
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- JPH048730B2 JPH048730B2 JP56161122A JP16112281A JPH048730B2 JP H048730 B2 JPH048730 B2 JP H048730B2 JP 56161122 A JP56161122 A JP 56161122A JP 16112281 A JP16112281 A JP 16112281A JP H048730 B2 JPH048730 B2 JP H048730B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring 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
- G01F1/20—Measuring 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
- G01F1/32—Measuring 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
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、カルマン渦を利用して流体の流速ま
たは流量を測定する渦流量計に関する。
たは流量を測定する渦流量計に関する。
流体中に物体を置くと、物体の両後側面から交
互にかつ規則的に渦が発生し、下流に渦列となつ
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（渦周波数）が流体の流速に比例している。
そこで、測定流体を導く管路内に渦発生体を配置
し、渦の生成による揚力変化に基づく応力変化を
渦発生体（または受力体）の凹部内に設けた圧電
センサで検出した後信号変換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
ろでこの種の渦流量計においては、ポンプなどに
より励起される配管振動などの外乱振動によるノ
イズの影響を受ける。すなわち、外乱振動が加わ
ると、渦発生体（または受力体）が振動するとと
ももに、管路に取付けた変換器等の搭載物も振動
する。渦発生体（または受力体）が振動するとそ
の質量分布等に基づく曲げモーメントが渦発生体
（または受力体）に作用し、搭載物が振動すると
管路歪が生じ、この歪によつても渦発生体（また
は受力体）に曲げモーメントが作用する。その結
果圧電センサには、渦の揚力に基づく曲げモーメ
ントによる信号成分に、渦発生体（または受力
体）の振動に基づく曲げモーメントによるノイズ
成分と管路歪みに基づく曲げモーメントによるノ
イズ成分とが重畳されて検出される。このように
従来の渦流量計では、外乱振動によるノイズの影
響を受け、特に低流速時のＳ／Ｎ比が悪化すると
いう問題があつた。
互にかつ規則的に渦が発生し、下流に渦列となつ
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（渦周波数）が流体の流速に比例している。
そこで、測定流体を導く管路内に渦発生体を配置
し、渦の生成による揚力変化に基づく応力変化を
渦発生体（または受力体）の凹部内に設けた圧電
センサで検出した後信号変換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
ろでこの種の渦流量計においては、ポンプなどに
より励起される配管振動などの外乱振動によるノ
イズの影響を受ける。すなわち、外乱振動が加わ
ると、渦発生体（または受力体）が振動するとと
ももに、管路に取付けた変換器等の搭載物も振動
する。渦発生体（または受力体）が振動するとそ
の質量分布等に基づく曲げモーメントが渦発生体
（または受力体）に作用し、搭載物が振動すると
管路歪が生じ、この歪によつても渦発生体（また
は受力体）に曲げモーメントが作用する。その結
果圧電センサには、渦の揚力に基づく曲げモーメ
ントによる信号成分に、渦発生体（または受力
体）の振動に基づく曲げモーメントによるノイズ
成分と管路歪みに基づく曲げモーメントによるノ
イズ成分とが重畳されて検出される。このように
従来の渦流量計では、外乱振動によるノイズの影
響を受け、特に低流速時のＳ／Ｎ比が悪化すると
いう問題があつた。
このため、先に出願した特願昭56−155947号
（特開昭58−555816号）、特願昭56−155948号（特
開昭58−55817号）および特願昭56−159060号
（特開昭58−60217号）では、渦発生体（または受
力体）の凹部に設けたセンサ部に生ずる渦の揚力
による信号成分の応力分布と、外乱振動によるノ
イズ成分の応力分布が相違していることに着目
し、センサ部内に第１の圧電センサと第２の圧電
センサを所定の間隔をおいて配置して、各々の圧
電センサの出力を信号変換した後演算することに
よつて、外乱振動によるノイズの影響を有効に除
去し、Ｓ／Ｎ比の良好な渦流量計を実現してい
る。
（特開昭58−555816号）、特願昭56−155948号（特
開昭58−55817号）および特願昭56−159060号
（特開昭58−60217号）では、渦発生体（または受
力体）の凹部に設けたセンサ部に生ずる渦の揚力
による信号成分の応力分布と、外乱振動によるノ
イズ成分の応力分布が相違していることに着目
し、センサ部内に第１の圧電センサと第２の圧電
センサを所定の間隔をおいて配置して、各々の圧
電センサの出力を信号変換した後演算することに
よつて、外乱振動によるノイズの影響を有効に除
去し、Ｓ／Ｎ比の良好な渦流量計を実現してい
る。
本発明は、第１の圧電センサと第２の圧電セン
サを所定の間隔をおいて配置し、各々の圧電セン
サの出力を信号変換した後演算することによつ
て、外乱振動によるノイズの影響を有効に除去
し、Ｓ／Ｎ比を良好にした渦流量計において、第
１の圧電センサと第２の圧電センサを共に反転分
極形の圧電センサとすることにより、センサ部の
構成を簡単にし、製作の容易な渦流量計を実現し
たものである。
サを所定の間隔をおいて配置し、各々の圧電セン
サの出力を信号変換した後演算することによつ
て、外乱振動によるノイズの影響を有効に除去
し、Ｓ／Ｎ比を良好にした渦流量計において、第
１の圧電センサと第２の圧電センサを共に反転分
極形の圧電センサとすることにより、センサ部の
構成を簡単にし、製作の容易な渦流量計を実現し
たものである。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、
第２図はその検出器部分を断面で示す構成説明図
であり、第３図は本発明の一実施例の電気的接続
図である。図において、１０は渦流量計検出器、
２０は渦流量計変換器である。
第２図はその検出器部分を断面で示す構成説明図
であり、第３図は本発明の一実施例の電気的接続
図である。図において、１０は渦流量計検出器、
２０は渦流量計変換器である。
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、その上端１３ａはノズル１
２にネジまたは溶接により固定され、下端１３ｂ
はネジにより管路１１に支持されている。渦発生
体１３の測定流体と接する部分１３ｃは測定流体
にカルマン渦列を生ぜしめ、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１３ａ側には凹部１３ｄ有している。１
４はセンサ部で、渦発生体１３の凹部１３ｄ内に
第１の圧電センサ１４ａと第２の圧電センサ１４
ｂとが一定間隔おいて押圧固定されている。セン
サ部１４において、ステンレス等の下敷１４ｃは
第２の圧電センサ１４ｂと凹部１３ｄの底面との
バツフアの役目をし、凹部１３ｄ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１４ｄとセラミツク等の
絶縁板１４ｅおよびステンレス等の第２のスペー
サ１４ｆは第１の圧電センサ１４ａと第２の圧電
センサ１４ｂ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１４ｇは圧電センサ１４ａ，１４ｂを押圧し
た状態で渦発生体１３の上端１３ａに溶接され、
圧電センサ１４ａ，１４ｂ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１
４ｃと押し棒１４ｇの上部のみで接触するように
なつている。圧電センサ１４ａ，１４ｂは円板状
の圧電素子PZT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PZTには第４図イの斜視図に示
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d1，d2，d3，d4が設けられ、かつ第４図
ロに示す如く矢印方向（渦の揚力方向）の力によ
る曲げモーメントによつて中立軸を鋏んで互いに
逆方向に発生する応力（圧縮応力と引張応力）に
対応して電極d1，d2間に生ずる電荷と、電極d3，
d4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図ハに示すように同
方向に発生する応力に対しては両電極間に互いに
逆極性の電荷が発生する。また測定流体の流れ方
向のストレスによつて発生する電荷量は電極間で
キヤンセルされて出てこず、また流れ方向の配管
振動によつて発生する電荷量も電極間で互いにキ
ヤンセルされて出てこない。第１圧電センサ１４
ａは電極d1，d2間および電極d3，d4間ににそれぞ
れ生ずる同極性の電荷の和を出力電荷q1とし逆極
性の電荷をキヤンセルするために、電極d1とd3と
が押し棒１４ｇ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d2とd4とがスペーサ
１４ｆを介して共通にリード線l1に接続されてい
る。第２の圧電センサ１４ｂは電極d1，d2間およ
び電極d3，d4間にそれぞれ生ずる同極性の電荷の
和を出力電荷q2とし逆極形の電荷をキヤンセルし
て、かつq1とは極性を反転させるために、電極d1
とd3がスペーサ１４ｄを介して共通にリード線l2
に接続され、電極d2とd4とが下敷１４ｃを介して
共通に渦発生体１３すなわち基準点に接続されて
いる。リード線l1，l2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ツクシール１４
ｈを介して外部に取り出され、渦流量計変換器２
０に接続される。なお渦発生体１３の凹部１３ｄ
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
１４ｇには封入ガス用の連通孔１４ｉが設けられ
ている。またセンサ部１４の各部品の厚さおよび
材質は、温度変化により初期押しつけ応力に変化
が生じないように決定されている。
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、その上端１３ａはノズル１
２にネジまたは溶接により固定され、下端１３ｂ
はネジにより管路１１に支持されている。渦発生
体１３の測定流体と接する部分１３ｃは測定流体
にカルマン渦列を生ぜしめ、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１３ａ側には凹部１３ｄ有している。１
４はセンサ部で、渦発生体１３の凹部１３ｄ内に
第１の圧電センサ１４ａと第２の圧電センサ１４
ｂとが一定間隔おいて押圧固定されている。セン
サ部１４において、ステンレス等の下敷１４ｃは
第２の圧電センサ１４ｂと凹部１３ｄの底面との
バツフアの役目をし、凹部１３ｄ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１４ｄとセラミツク等の
絶縁板１４ｅおよびステンレス等の第２のスペー
サ１４ｆは第１の圧電センサ１４ａと第２の圧電
センサ１４ｂ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１４ｇは圧電センサ１４ａ，１４ｂを押圧し
た状態で渦発生体１３の上端１３ａに溶接され、
圧電センサ１４ａ，１４ｂ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１
４ｃと押し棒１４ｇの上部のみで接触するように
なつている。圧電センサ１４ａ，１４ｂは円板状
の圧電素子PZT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PZTには第４図イの斜視図に示
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d1，d2，d3，d4が設けられ、かつ第４図
ロに示す如く矢印方向（渦の揚力方向）の力によ
る曲げモーメントによつて中立軸を鋏んで互いに
逆方向に発生する応力（圧縮応力と引張応力）に
対応して電極d1，d2間に生ずる電荷と、電極d3，
d4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図ハに示すように同
方向に発生する応力に対しては両電極間に互いに
逆極性の電荷が発生する。また測定流体の流れ方
向のストレスによつて発生する電荷量は電極間で
キヤンセルされて出てこず、また流れ方向の配管
振動によつて発生する電荷量も電極間で互いにキ
ヤンセルされて出てこない。第１圧電センサ１４
ａは電極d1，d2間および電極d3，d4間ににそれぞ
れ生ずる同極性の電荷の和を出力電荷q1とし逆極
性の電荷をキヤンセルするために、電極d1とd3と
が押し棒１４ｇ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d2とd4とがスペーサ
１４ｆを介して共通にリード線l1に接続されてい
る。第２の圧電センサ１４ｂは電極d1，d2間およ
び電極d3，d4間にそれぞれ生ずる同極性の電荷の
和を出力電荷q2とし逆極形の電荷をキヤンセルし
て、かつq1とは極性を反転させるために、電極d1
とd3がスペーサ１４ｄを介して共通にリード線l2
に接続され、電極d2とd4とが下敷１４ｃを介して
共通に渦発生体１３すなわち基準点に接続されて
いる。リード線l1，l2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ツクシール１４
ｈを介して外部に取り出され、渦流量計変換器２
０に接続される。なお渦発生体１３の凹部１３ｄ
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
１４ｇには封入ガス用の連通孔１４ｉが設けられ
ている。またセンサ部１４の各部品の厚さおよび
材質は、温度変化により初期押しつけ応力に変化
が生じないように決定されている。
渦流量計変換器２０は、２個の変換増幅器２
１，２２と、これらの変換増幅器２１，２２の出
力の加算または減算を行なう演算器２３と、変換
器２０を管路１１に固定するためのブラケツト２
４とを有している。変換増幅器２１，２２として
は、演算増幅器OP1，OP2の帰還回路に接続され
たコンデンサC1，CO2と抵抗R1，R2の並列回路
からなるチヤージアンプが示されており、演算増
幅器OP1の反転入力端子（−）にリード線l1が接
続され、演算増幅器OP2の反転入力端子（−）に
リード線l2が接続されている。したがつて、圧電
センサ１４ａの出力電荷q1が変換増幅器２１に加
えられ、圧電センサ１４ｂの出力電荷q2が反転さ
れて変換増幅器２２に加えられ、それぞれ交流電
圧e1，e2に変換された後演算器２３に加えられ
る。演算器２３は、抵抗R3により帰還が施され
た演算増幅器OP3からなり、OP3の反転入力端子
（−）に演算抵抗R4を介して加えられる変換増幅
器２１の出力電圧e1と、抵抗R5と可変抵抗R6の
直列回路を介して加えられる変換増幅器２２の出
力e2との加算を行い、出力端に外乱振動によるノ
イズの影響を有効に除去した出力電圧e3を得てい
る。
１，２２と、これらの変換増幅器２１，２２の出
力の加算または減算を行なう演算器２３と、変換
器２０を管路１１に固定するためのブラケツト２
４とを有している。変換増幅器２１，２２として
は、演算増幅器OP1，OP2の帰還回路に接続され
たコンデンサC1，CO2と抵抗R1，R2の並列回路
からなるチヤージアンプが示されており、演算増
幅器OP1の反転入力端子（−）にリード線l1が接
続され、演算増幅器OP2の反転入力端子（−）に
リード線l2が接続されている。したがつて、圧電
センサ１４ａの出力電荷q1が変換増幅器２１に加
えられ、圧電センサ１４ｂの出力電荷q2が反転さ
れて変換増幅器２２に加えられ、それぞれ交流電
圧e1，e2に変換された後演算器２３に加えられ
る。演算器２３は、抵抗R3により帰還が施され
た演算増幅器OP3からなり、OP3の反転入力端子
（−）に演算抵抗R4を介して加えられる変換増幅
器２１の出力電圧e1と、抵抗R5と可変抵抗R6の
直列回路を介して加えられる変換増幅器２２の出
力e2との加算を行い、出力端に外乱振動によるノ
イズの影響を有効に除去した出力電圧e3を得てい
る。
なお上述では、変換増幅器２１の出力e1と変換
増幅器２２の出力e2を演算器２３で加算する場合
を例示したが、圧電センサ１４ａ，１４ｂの出力
電荷q1，q2のノイズ成分が同相の場合には演算器
２３で減算すればよい。また上述では、圧電セン
サ１４ａ，１４ｂの出力電荷を利用する場合を例
示したが、出力電圧を利用してもよい。この場合
変換増幅器２１，２２としてチヤージアツプの代
りに電圧増幅器が用いられる。また上述では、圧
電センサ１４ａ，１４ｂとして反転分極した圧電
素子を用いる場合を例示したが、反転分極できな
い圧電素子を用いる場合には、圧電素子を左右に
分割し、一方を裏返しにして取り付けて実質的に
反転分極形にすればよい。
増幅器２２の出力e2を演算器２３で加算する場合
を例示したが、圧電センサ１４ａ，１４ｂの出力
電荷q1，q2のノイズ成分が同相の場合には演算器
２３で減算すればよい。また上述では、圧電セン
サ１４ａ，１４ｂの出力電荷を利用する場合を例
示したが、出力電圧を利用してもよい。この場合
変換増幅器２１，２２としてチヤージアツプの代
りに電圧増幅器が用いられる。また上述では、圧
電センサ１４ａ，１４ｂとして反転分極した圧電
素子を用いる場合を例示したが、反転分極できな
い圧電素子を用いる場合には、圧電素子を左右に
分割し、一方を裏返しにして取り付けて実質的に
反転分極形にすればよい。
また渦流量計検出器１０として本実施例では、
渦発生体１３の凹部１３ｄ内にセンサ部１４を設
ける場合を例示したが、渦発生体１３の下流側に
渦の生成による揚力変化を受ける受力体を設け、
受力体の凹部内にセンサ部を設けてもよい。
渦発生体１３の凹部１３ｄ内にセンサ部１４を設
ける場合を例示したが、渦発生体１３の下流側に
渦の生成による揚力変化を受ける受力体を設け、
受力体の凹部内にセンサ部を設けてもよい。
以上説明したように本発明では、第１の圧電セ
ンサと第２の圧電センサを所定の間隔をおいて配
置し、各々の圧電センサの出力を信号変換した後
演算することによつて、外乱振動によるノイズの
影響を有効に除去し、Ｓ／Ｎ比を良好にした渦流
量計において、第１の圧電センサと第２の圧電セ
ンサとして共に反転分極形の圧電センサを用い、
渦発生体（または受力体）の凹部内に金属の下敷
と、第２の反転分極形の圧電センサと、第２の金
属のスペーサと、絶縁板と、第１の金属のスペー
サと、第１の反転分極形の圧電センサの順に積み
重ね、これら積み重ね部分を金属の押し棒で押圧
固定しているので、外部へのリード線が２本です
むなどセンサ部の構成が簡単になり、製作が容易
な渦流量計が得られる。
ンサと第２の圧電センサを所定の間隔をおいて配
置し、各々の圧電センサの出力を信号変換した後
演算することによつて、外乱振動によるノイズの
影響を有効に除去し、Ｓ／Ｎ比を良好にした渦流
量計において、第１の圧電センサと第２の圧電セ
ンサとして共に反転分極形の圧電センサを用い、
渦発生体（または受力体）の凹部内に金属の下敷
と、第２の反転分極形の圧電センサと、第２の金
属のスペーサと、絶縁板と、第１の金属のスペー
サと、第１の反転分極形の圧電センサの順に積み
重ね、これら積み重ね部分を金属の押し棒で押圧
固定しているので、外部へのリード線が２本です
むなどセンサ部の構成が簡単になり、製作が容易
な渦流量計が得られる。
第１図は本発明渦流量計の一実施例の構成説明
図、第２図はその検出器部分の断面図、第３図は
本発明渦流量計の一実施例の電気的接続図、第４
図は本発明に用いる圧電センサの一例を示す構成
説明図である。 １０……渦流量計検出器、２０……渦流量計変
換器、１１……管路、１３……渦発生体、１３ｄ
……渦発生体の凹部、１４……センサ部、１４ａ
……第１の圧電センサ、１４ｂ……第２の圧電セ
ンサ、２１，２２……変換増幅器、２３……演算
器。
図、第２図はその検出器部分の断面図、第３図は
本発明渦流量計の一実施例の電気的接続図、第４
図は本発明に用いる圧電センサの一例を示す構成
説明図である。 １０……渦流量計検出器、２０……渦流量計変
換器、１１……管路、１３……渦発生体、１３ｄ
……渦発生体の凹部、１４……センサ部、１４ａ
……第１の圧電センサ、１４ｂ……第２の圧電セ
ンサ、２１，２２……変換増幅器、２３……演算
器。
Claims (1)
- １ 測定流体に応じたカルマン渦を生成させる渦
発生体または渦発生体の下流側に配置された受力
体の凹部内に配置されるセンサ部に所定の間隔を
おいて第１の圧電センサと第２の圧電センサを設
け、これら圧電センサの出力を信号変換した後演
算を行ない外乱振動の影響を除去するようにした
渦流量計において、前記第１、第２の圧電センサ
として共に反転分極形の圧電センサを用い、前記
凹部内に金属の下敷と、第２の反転分極形の圧電
センサと、第２の金属のスペーサと、絶縁板と、
第１の金属のスペーサと、第１の反転分極形の圧
電センサの順で積み重ね、これら積み重ね部分を
金属の押し棒で押圧固定してセンサ部を構成した
ことを特徴とする渦流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56161122A JPS5862516A (ja) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | 渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56161122A JPS5862516A (ja) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5862516A JPS5862516A (ja) | 1983-04-14 |
| JPH048730B2 true JPH048730B2 (ja) | 1992-02-18 |
Family
ID=15729015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56161122A Granted JPS5862516A (ja) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | 渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5862516A (ja) |
-
1981
- 1981-10-09 JP JP56161122A patent/JPS5862516A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5862516A (ja) | 1983-04-14 |
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