JPH055637A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 低流量域まで流量測定ができるように改良し
た渦流量計を提供するにある。 【構成】 管路２４の中に柱状の渦発生体２５を有する
渦流量計において、この渦発生体２５の後部に延長され
てその長手方向に受圧板２８が設けられ、この受圧板２
８の中に第１光フアイバ−３２から入射光を導入し、先
の受圧板２８に固定されたミラ−３１で先の入射光が反
射した反射光を第２光フアイバ３３を介して検出するこ
とを特徴とする渦流量計である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流れに対応した
カルマン渦により渦発生体に生ずる交番力を検出して渦
流量信号として取り出す渦流量計に係り、特に低流量域
まで流量測定ができるように改良した渦流量計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の渦流量計の検出部の断面を
示す断面図である。１０は流体が流れる管路、１１は管
路１０に直角に設けられた円筒状のノズルである。１２
はノズル１１とは間隔を持って管路１０に直角に挿入さ
れた台形断面を持つ柱状の渦発生体であり、その一端は
ネジ１３により管路１０に固定され、他端はフランジ部
１４でノズル１１にネジ或いは溶接により固定されてい
る。

【０００３】１５は渦発生体１２のフランジ部１４側に
設けられた凹部である。この凹部１５の中には上下に所
定の間隔をもって圧電素子１６、１７が配置され、これ
等の圧電素子１６、１７はガラスなどの封着体１８で絶
縁して封着されている。そして、圧電素子１６、１７は
渦検出素子２３を構成している。圧電素子１６、１７は
２分割された円環状の電極が上下にそれぞれ配置され、
各圧電素子１６、１７の左側の上下の電極で挟まれた圧
電体と右側の上下の電極で挟まれた圧電体とはそれぞれ
逆方向に分極されており同じ方向の応力に対して互いに
上下の電極に逆極性の電荷を発生する。

【０００４】この２個の電極に発生した電荷は上下部で
それぞれ並列に接続された後、図５に示すようにチャ−
ジコンバ−タ１９、２０に入力される。チャ−ジコンバ
−タ１９の出力とチャ−ジコンバ−タ２０の出力をボリ
ウム２１を介した出力とを加算器２２で加算して渦流量
信号Ｖ_Q1を得る。

【０００５】この後は、図示しないが、渦流量信号Ｖ_Q1
がバンドパスフイルタでフイルタリングがされてノイズ
が除去され、さらにシュミットトリガ回路でパルス化さ
れて渦周波数に対応する矩形状の周波数信号とされる。
この周波数信号はトランスにより直流的に絶縁されてそ
の２次側に伝送され、さらにアナログの信号とされて負
荷に例えば電流伝送される。

【０００６】次に、以上のように構成された渦流量計の
動作について図６と図７を用いて説明する。流体が流れ
ると渦発生体１２に矢印Ｆで示した方向にカルマン渦に
よる振動が発生する。この振動により渦発生体１２には
図６（ａ）に示すような応力分布とこの逆の応力分布の
繰返しが生じ、各圧電素子１６、１７には図６（ａ）に
示す渦周波数を持つ信号応力に対応した電荷＋Ｑ、−Ｑ
の繰返しが生じる。

【０００７】一方、管路１０にはノイズとなる管路振動
も生じる。この管路振動は（イ）流体の流れと同じ方向
の抗力方向、（ロ）流体の流れとは直角方向の揚力方
向、（ハ）渦発生体の長手方向の３方向成分に分けられ
る。このうち、抗力方向の振動に対する応力分布は図６
（ｂ）に示すようになり１個の電極内で正負の電荷は打
ち消されてノイズ電荷は発生しない。また、長手方向の
振動に対しては図６（ｃ）に示すように電極内で打ち消
されて抗力方向と同様にノイズ電荷は発生しない。

【０００８】しかし、揚力方向の振動は信号応力と同一
の応力分布となりノイズ電荷が生じる。そこで、このノ
イズ電荷を消去するために以下の演算を実行する。圧電
素子１６、１７の各電荷をＱ₁₀、Ｑ₂₀、信号成分を
Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、揚力方向のノイズ成分をＮ₁ 、Ｎ₂ とし、
圧電素子１６、１７で分極を逆とするとＱ₁₀、Ｑ₂₀は次
式で示される。 Ｑ₁₀＝Ｓ₁ ＋Ｎ₁ −Ｑ₂₀＝−Ｓ₂ −Ｎ₂

【０００９】ただし、Ｓ₁ とＳ₂ 、Ｎ₁ とＮ₂ のベクト
ル方向は同じである。ここで、圧電素子１６、１７の信
号成分とノイズ成分の関係は図７（この図は揚力方向の
ノイズと信号に対する渦発生体の曲げモ−メントの関係
を示す）に示すようになっているので、図５に示すよう
に圧電素子１７側のチャ−ジコンバ−タ２０の出力を加
算器２２で加算する際にボリウム２１と共にＮ₁ ／Ｎ₂
倍して圧電素子１６側のチャ−ジコンバ−タ１９出力と
加算すると、 Ｑ₁₀−Ｑ₂₀（Ｎ₁ ／Ｎ₂ ）＝Ｓ₁ −Ｓ₂ （Ｎ₁ ／Ｎ₂ ） となり管路ノイズは除去される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の渦
流量計は、渦発生体の中に圧電素子を配置して渦発生体
に発生する交番揚力に起因する応力変動を圧電素子で検
出している。しかしながら、渦は渦発生体の下流で最も
発達するので、この従来の渦流量計はまだ渦の強度が強
くないところで渦検出をしていることとなり、このため
感度が小さく、低流量域まで測定できないという問題が
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、管路の中に柱状の渦発生体
を有する渦流量計において、先の渦発生体の後部に延長
されてその長手方向に受圧板が設けられ、この受圧板の
中に第１光フアイバ−から入射光を導入し、先の受圧板
に固定されたミラ−で先の入射光が反射した反射光を第
２光フアイバを介して検出するようにしたものである。

【００１２】

【作 用】先の渦発生体の後部に延長されてその長手方
向に設けられた受圧板の中に第１光フアイバ−から入射
光を導入し、この受圧板に固定されたミラ−で先の入射
光が反射した反射光を第２光フアイバを介して検出す
る。これにより、受圧板は発達した渦により大きな変位
を受けるので、低流量でも感度良く渦を検出することが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示す構成図で
ある。図１（Ａ）は横断面図、図１（Ｂ）は縦断面図、
図１（Ｃ）は図１（Ｂ）においてＡ−Ａ´からみた断面
図である。２４は断面が円形の管路であり、この管路２
４の直径方向に渦発生体２５が固定されている。

【００１４】この渦発生体２５は、測定流体の流入する
方向２６の面が平面状に構成され、流れの後方に向かっ
て傾斜する角錐状の柱状部２７と、この柱状部２７の流
れに対して後方に受圧板２８が形成されている。この渦
発生体２５の内部には、柱状部２７の上方から下方に向
い、途中から受圧板２８の方向に折り曲がる挿入孔２９
が形成されている。

【００１５】この挿入孔２９の先端には、挿入孔２９に
沿って受圧板２８の内部に穿設孔３０が形成されてい
る。そして、この穿設孔３０の端面にはミラ−３１が配
置されている。

【００１６】挿入孔２９には第１の光フアイバ−３２と
第２の光フアイバ−３３とが挿入されている。光フアイ
バ−３２にはＬＥＤ光源などから光が導入され、この入
射光はミラ−３１で反射されて光フアイバ−３３を介し
て外部に導出され、導出された反射光は例えばフオトダ
イオ−ドなどで検出される。

【００１７】以上のように構成された渦流量計の動作に
ついて図２に示す説明図を用いて説明する。測定流体が
矢印で示す方向２６から管路２４に流入すると、流れに
より渦が交番的に放出され、渦発生体２５の下流側に渦
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、…が次々に発生する。これにより、
受圧板２８が渦の周波数で振動する。

【００１８】この振動により、受圧板２８の内部に形成
された穿設孔３０の端面に配置されているミラ−３１も
振動する。したがって、光フアイバ−３２から導入され
た入射光がミラ−３１で反射されて光フアイバ−３３に
反射される反射光の光量は、ミラ−３１の振動、つまり
渦周波数に同期して変化する。

【００１９】この光量変化を増幅し、適当な信号処理を
施すと渦周波数、すなわち測定流体の流速に比例する信
号が得られる。この場合に、受圧板２８の流れ方向の長
さを長く選定すると発達した渦の左右の圧力差により受
圧板２８の振動の振幅が大きくなるので感度が増す。

【００２０】図３は本発明の他の実施例の構成を示す要
部構成図である。この実施例では、渦発生体３４の内部
を中空にして中空部３５を形成し、この上部から光フア
イバ−３６により光を導入して受圧板３７の下流側の中
空部３５の側面に配置されたミラ−３８で反射させ、こ
の反射光を渦発生体３４の下部に設けられた光フアイバ
−３９を介して受光するようにしたものである。このよ
うな構成としても図１に示す実施例と同様な効果を持
つ。

【００２１】

【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、渦発生体の後部に延長されてその
長手方向に受圧板が設けられ、この受圧板の中に第１光
フアイバ−から入射光を導入し、受圧板に固定されたミ
ラ−で入射光が反射した反射光を第２光フアイバを介し
て検出するように構成したので、渦強度の強い渦列を検
出することができ、このため低流量域における流量を感
度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示す構成図である。

【図２】図１に示す実施例の動作を説明する説明図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例の構成の要部を示す要部構
成図である。

【図４】従来の渦流量計の検出部の構成を示す縦断面図
である。

【図５】図４に示す構成で検出された渦信号を処理する
初段回路図である。

【図６】図４に示す渦流量計の動作を説明する説明図で
ある。

【図７】図４に示す渦流量計の動作を説明する他の説明
図である。

【符号の説明】

１０、２４ 管路 １２、２５、３４ 渦発生体 １６、１７ 圧電素子 １９、２０ チャ−ジコンバ−タ ２２ 加算器 ２７ 柱状部 ２８ 受圧板 ２９ 挿入孔 ３０ 穿設孔 ３１、３８ ミラ− ３２、３３、３６、３９ 光フアイバ− ３５ 中空部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】管路の中に柱状の渦発生体を有する渦流量
   計において、前記渦発生体の後部に延長されてその長手
   方向に受圧板が設けられ、この受圧板の中に第１光フア
   イバ−から入射光を導入し、前記受圧板に固定されたミ
   ラ−で前記入射光が反射した反射光を第２光フアイバを
   介して検出することを特徴とする渦流量計。