JPH0560586A - 渦検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 渦変動圧力による振動検出および伝達機能の
みを有し、伝達した振動を目的に応じた着脱可能で選択
可能な検出方式のセンサで検出し、優れた疲労強度を持
たせることにより信頼性を高める。 【構成】 本体１に渦発生体３を固着して渦発生体３の
軸方向に凹陥部４を設けて、該凹陥部４内に導圧口５,
５より渦変動圧力を導入する。該凹陥部には一端を閉止
した管体７と鍔部８とからなる振動管６の管体７を挿入
して片持固着し、該振動管６内に一端９ａを固定プレー
ト１０で固定し、支持点０近傍で板ばね１１で弾性支持
した振動伝達ロッド９を配設し、自由端９ｂの支持点０
を基準とし、渦変動に応じた変位をセンサ１４で検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、渦検出器に関し、より詳細に
は、渦発生体端部に着脱可能に固着され渦発生体の軸方
向に穿設された凹陥部内に挿入した振動管に、前記凹陥
部に導入される渦変動圧に応動した変位を発生する渦検
出器の構造に関する。

【０００２】

【従来技術】渦流量計における渦検出の方式として渦発
生体に作用する渦による揚力変動に基づく力を検出する
ものがある。この方式には渦検出素子を渦発生体内に一
体的に固着する素子一体形の渦検出方法と渦検出器を渦
発生体とは別体に構成し該渦検出器を渦発生体に着脱可
能に固着する素子別体形の渦検出方法とに大別される。
素子一体形の渦検出方法は、渦発生体内に渦検出器が一
体に固着されているので小形であり、単純化されている
ので補修において渦発生体を交換する作業のみでよいと
いう反面、渦発生体内に固着された渦発生体素子を交換
するためには多くの労力と時間を要し、更には、渦発生
体を損う等の短所がある。これに対し、素子別体形の渦
検出方法では、渦発生体の大きさ、即ち流管口径に関係
なく同一形状の渦検出器を交換するだけでよいという長
所がある。

【０００３】本出願人は特公昭６３−３１７２６号公報
において渦流量計を提案した。該渦流量計は渦検出器を
渦発生体に設けられた圧力導入口を有する凹陥部内に着
脱可能に固着する素子別体形のものである。図４は、上
記公報に記載された従来の渦流量計の概要を示す図で、
図４（ａ）は流れ方向からみた渦流量計の断面図、図４
（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図で、図中、２０は本
体、２１は取付座、２２は渦発生体、２３は凹陥部、２
４は導圧口、２５は脱気孔、２６は渦検出器、２７は管
体、２７ａは底部、２８は受圧板、２９は鍔部、３０は
圧電素子、３１はリード線、３２はモールド、３３は取
付孔、３４はＯリング、３５は固定ねじである。

【０００４】図示において渦発生体２２は矢印Ｑ方向に
底辺をもつ断面三角形状の柱状体で、本体２０の直径上
に軸をもって、燒嵌め等で両端が固着されている。該渦
発生体２２には軸方向に本体２０の管壁を貫通する凹陥
部２３が設けられ、該凹陥部２３には渦検出器２６が本
体の取付座２１に着脱可能に液密装着されている。

【０００５】渦検出器２６は、一端が開放し他端が閉止
される管体２６の管壁に鍔部２９が一体的に設けられ、
更に管体２６の閉止端に受圧板２８が軸上に配設された
振動管と、該振動管に作用する振動を検知する圧電素子
３０が振動管の中心軸にガラス等の絶縁材によりモール
ド３２が施され固着されている。該渦検出器２６は、取
付座２１の位置でＯリング３４により液シールされ取付
孔３３を介して固定ねじ３５で本体２０に固着される。
また、凹陥部２３の穴径は管体２７の外径よりも僅かに
大きく、この間に隙間ｇを形成している。

【０００６】上述の構成をもつ渦流量計は、矢印Ｑ方向
の流れによって後流に流量に比例した周波数のカルマン
渦が発生し、これに伴って渦発生体２２の両側に交番圧
力変化が生ずる。この圧力変化は受圧板２８に作用し振
動管は鍔部２９を支持部として片持振動し、これを圧電
素子３０で圧電信号に変換してリード線３１より渦変換
器（図示せず）に入力する。

【０００７】しかし、上述の従来の渦検出器２６は電気
変換素子である圧電素子３０をモールドにより一体的に
形成しているので製作には多くの時間を要した。モール
ド材が樹脂であれば製作も容易で短時間でモールド可能
であるが、管体２７は金属であるため高低温流体を含む
広範囲の流体計測ではモールド材との熱膨張差のために
熱ひずみが発生し振動による金属疲労が起こり易く、樹
脂モールドは不適であった。これを取除くため熱膨張の
小さいガラスを使用している。ガラスは粉体状でもソリ
ッド状でもよいが溶融および固化時に徐熱徐冷するため
多くの時間を要し非効率であった。しかし、ガラスの軟
化温度は高く振動管の疲労強度は必ずしも満足されるも
のではなかった。更に圧電素子３０が不良になると渦検
出器２６全体を交換しなければならず不経済であった。

【０００８】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、上述の従来の渦検出器は渦発生体に着脱可能に
装着されるという特徴を生かして、従来の渦検出器と交
換可能で振動検出および伝達機能のみを有する疲労強度
の高い振動管とし、該振動の電気変換手段を多用化し、
これを必要に応じて交換可能とする渦検出器を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
流管の直径と同軸に配設され、軸方向に凹陥部および該
凹陥部に渦による変動圧力を導入する導圧口を設けた渦
発生体と、一端を前記凹陥部に挿入し、他端を渦発生体
端部又は流管壁に着脱可能に片持固定される渦検出器と
からなり、該渦検出器に作用する変動圧力の数から流量
を検知する渦流量計において、一端を閉止し他端を開放
した管体を有し、該管体の外周壁に鍔部を設けた振動管
と、該振動管内の閉止端部において固定され、前記片持
支持部近傍において該振動管に同軸に弾性支持される振
動伝達ロッドとからなり、該振動伝達ロッドの片持支持
部近傍での支持手段を軸方向に変位可能で軸と垂直な方
向に剛な板ばねとし、該振動伝達体ロッド自由端部の変
位に基づいて渦検出すること、更には、（２）（１）に
おいて、前記振動伝達ロッドの片持支持部近傍での支持
手段を、軸方向に剛で軸に垂直方向に回転可能な十字ば
ねで支持すること、更には、（３）（１）又は（２）に
おいて、前記振動管自由端に変動圧力に垂直な受圧板を
配設したことを特徴としたものである。以下、本発明の
実施例に基づいて説明する。

【００１０】図１（ａ）,（ｂ），（ｃ）は、本発明の
渦検出器における一実施例を説明するための図で、図１
（ａ）は流れ方向からみた断面図、図１（ｂ）は（ａ）
図のＡ−Ａ矢視断面図、図１（ｃ）は（ａ）図のＢ−Ｂ
矢視断面図である。図中、１は本体、２は取付座、３は
渦発生体、４は凹陥部、５，５は導圧口、５ａは脱気
孔、６は振動管、７は管体、７ａは底部、８は鍔部、８
ａは段部、８ｂはガイドリング、８ｃは取付穴、９は振
動伝達ロッド、９ａは固定端、９ｂは自由端、１０は固
定プレート、１１は板ばね、１２はＯリング、１３は保
持リング、１４はセンサ、１５はばね材、１６は押え
板、１７，１８はボルト、１９はリード線である。

【００１１】図示において、渦発生体３は流れ方向Ｑに
底辺を有する二等辺三角形状をした柱状体で本体１の直
径を軸とした軸線上に位置するよう本体１内壁面に、燒
嵌め等により両端を固着する。渦発生体３には本体１の
壁を含めて貫通して穿孔された凹陥部４が設けられ、該
凹陥部４に向けて両側面より渦発生体１を貫通する導圧
口５，５および脱気孔５ａが開口している。下部導圧口
５内は凹陥部４の底部近傍に設けられ、該底部には除塵
のための突起部３ａが配設されている。

【００１２】前記凹陥部４内には振動管６が隙間を距て
て挿入される。振動管６は一端７ａを閉止した管体７
と、該管体７を片持支持するための鍔部８が管体７と一
体に形成される。該振動管６の管体７には振動管伝達ロ
ッド９が同軸に配設されている。該振動伝達ロッド９の
固定端９ａには固定プレート１０が固着され、該固定プ
レート１０を管体７の一端７ａの底部に電子ビーム等で
溶着する。また振動伝達ロッド９は振動管６の片持支持
部近傍で板ばね１１により弾性支持されている。該板ば
ね１１は短柵状のばね材で、該短柵の長手方向が振動管
６の振動方向に一致するように振動伝達ロッド９と鍔部
８内に設けられた段部８ａに電子ビーム等で固着され
る。板ばね１１は振動伝達ロッド９を振動方向に剛で振
動と垂直な方向に変位可能に支持する。

【００１３】前記振動管６の鍔部８上面には円環状の保
持リング１３がボルト１８で固着され、該保持リング１
３には変位伝達部が円環１３ａ内となるようにセンサ１
４が配設され、該センサ１４はばね材１５を介して押え
板１６によりボルト１７で弾性的に押圧固着される。セ
ンサ１４は振動伝達ロッド９の自由端部と接触してお
り、自由端部の変位に応じた電気信号を発生しリード線
１９により渦信号として伝達される。センサ１４は自由
端の変位に応じて出力する方式のものであればよく、静
電容量、光、圧電気、抵抗等変位又は力を電気量に変換
するものであればどの方式でもよい。

【００１４】次に、上述の渦検出器の動作について説明
する。流体が矢印Ｑ方向に流れると、導圧口５には渦に
よる交番圧力が作用し、振動管６の固定プレート１０の
位置では鍔部８を支点として矢印Ｒ・Ｒ方向の該交番圧
力に等しい交番振動をする。この振動に従って振動伝達
ロッド９は固定端部９ａで前記振動するが支持点０では
振動方向に剛に支持されているので自由端９ｂでは左右
交互に矢印＋Ｐと−Ｐとの方向に上下方向に振動する。
該上下方向の振動は渦の変動圧力に同期していて、該上
下方向の振動を前記静電容量や光や圧電又はひずみゲー
ジ等の抵抗変化として検知する。

【００１５】また、板ばね１１を２板にして十字クロス
支持することによる支持点０を中心とした横方向の振動
に変換することも可能となり、この場合でも前記の振動
検出手段により電気変換することが可能となり、多様な
電気変換器で着脱可能に装着できる。

【００１６】図２（ａ）,（ｂ）は、本発明の渦検出器
における他の実施例を説明するための図、図２（ａ）は
側面図、図２（ｂ）は図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図で、
図中、８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇはばね台、９ｃ，９ｄは
支持片、１１ａ，１１ｂはばねである。

【００１７】図示において支持片９ｃ，９ｄの支持位置
の両端部に振動伝達ロッド９と一体に設けられ、該振動
伝達ロッド９の軸と各々４５℃の傾斜をもち各々は９０
℃の角度をもって交叉する面をもっている。ばね台８ｄ
と８ｅは支持片９ｃの面と同一の面となる位置、ばね台
８ｆと８ｇとは支持辺９ｄの面と同一の面となる位置に
配設され、板ばね１１ａは支持片９ｃを中心として両端
をばね台８ｃと８ｄに固着され、同様に板ばね１１ｂは
支持片９ｄとばね台８ｆ、および８ｇの間に固着され
る。図示の支持方式によれば互いに直交する板ばね１１
ａと１１ｂとにより振動伝達ロッド９の軸方向には剛
で、ばねの交点位置０を中心として回転可能になる。

【００１８】図３は、本発明の渦検出器における他の実
施例を示す図で、図中、７ｂは受圧板で、図１と同じ作
用をする部分には同一の符号を付している。

【００１９】図示において、管体７の底部に管体７と一
体に固着されている該受圧板７ｂは導圧口５に垂直な面
を有し、管体７の軸上に伸びており、導圧口５より導入
される渦変動圧力を有効に振動変換できる。また、振動
伝達ロッド９は固定端９ａと支持点０との位置を短かく
することができるので、自由端９ｂの交番変位はレバー
拡大され、高感度になる。

【００２０】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）請求項１に対応する効果； 振動管は振動伝達ロ
ッドに単に振動を伝達して変位変換するのみであり、振
動伝達ロッドを固定端部と支持部とで固着するので振動
の応力集中する管体上部には加工による熱影響を及ぼさ
ないので、疲労強度が増し、長期安定した渦検出器を提
供できる。更には、渦による振動変位を振動伝達ロッド
の軸方向な変位に変換し、これを電気変換するセンサは
容易に交換可能になり、しかも被計測流体の温度に応じ
て好適な検出原理のセンサを任意に選択できるので、計
測適用範囲が拡大する。振動管内に検出素子をモールド
することがないので、振動管の剛性を低くでき、高感度
にすることができる。 （２）請求項２に対応する効果； 渦による振動変位を
振動伝達ロッドの軸に垂直な方向の変位に変換すること
ができる。これに対応したセンサを装着できる。 （３）請求項３に対応する効果； 振動管の管体下方に
受圧板を配設したので、圧力変位変換効率がよく、更に
は、振動伝達ロッドの変換レバー比も大きくとれるの
で、大きい変動変位を取り出すことができ、非接触のセ
ンサに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の渦検出器における一実施例を説明す
るための図である。

【図２】 本発明の渦検出器における他の実施例を説明
するための図である。

【図３】 本発明の渦検出器における他の実施例を示す
図である。

【図４】 従来の渦流量計の概要を示す図である。

【符号の説明】

１…本体、２…取付座、３…渦発生体、４…凹陥部、
５,５…導圧口、６…振動管、７…管体、７ａ…底部、
７ｂ…受圧板、８…鍔部、８ａ…段部、８ｂ…ガイドリ
ング、８ｃ…取付穴、９…振動伝達ロッド、９ａ…固定
端、９ｂ…自由端、１０…固定プレート、１１…板ば
ね、１２…Ｏリング、１３…保持リング、１４…セン
サ、１５…ばね材、１６…押え板、１７，１８…ボル
ト、１９…リード線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流管の直径と同軸に配設され、軸方向に
   凹陥部および該凹陥部に渦による変動圧力を導入する導
   圧口を設けた渦発生体と、一端を前記凹陥部に挿入し、
   他端を渦発生体端部又は流管壁に着脱可能に片持固定さ
   れる渦検出器とからなり、該渦検出器に作用する変動圧
   力の数から流量を検知する渦流量計において、一端を閉
   止し他端を開放した管体を有し、該管体の外周壁に鍔部
   を設けた振動管と、該振動管内の閉止端部において固定
   され前記片持支持部近傍において該振動管に同軸に弾性
   支持される振動伝達ロッドとからなり、該振動伝達ロッ
   ドの片持支持部近傍での支持手段を軸方向に変位可能で
   軸と垂直な方向に剛な板ばねとし、該振動伝達体ロッド
   自由端部の変位に基づいて渦検出することを特徴とする
   渦検出器。
2. 【請求項２】 前記振動伝達ロッドの片持支持部近傍で
   の支持手段を、軸方向に剛で軸に垂直方向に回転可能な
   十字ばねで支持することを特徴とした請求項１記載の渦
   検出器。
3. 【請求項３】 前記振動管自由端に変動圧力に垂直な受
   圧板を配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の
   渦検出器。