JPH0620100Y2 - Karman vortex flowmeter - Google Patents

Karman vortex flowmeter

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JPH0620100Y2
JPH0620100Y2 JP4554989U JP4554989U JPH0620100Y2 JP H0620100 Y2 JPH0620100 Y2 JP H0620100Y2 JP 4554989 U JP4554989 U JP 4554989U JP 4554989 U JP4554989 U JP 4554989U JP H0620100 Y2 JPH0620100 Y2 JP H0620100Y2
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JP
Japan
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sensor
vortex
fluid
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karman vortex
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恒夫 雲英
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【考案の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本考案は、カルマン渦列からホジスタ,サーミスタ等の
センサを用いて例えば気体等の被測定流体の流速や流量
等を求めるカルマン渦型流量計に係るものであり、詳し
くは、前記カルマン渦列検出の感度の向上を図ったカル
マン渦型流量計に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention is a Karman vortex flowmeter for determining the flow velocity and flow rate of a fluid to be measured, such as a gas, from a Karman vortex train by using a sensor such as a hosistar or thermistor More specifically, the present invention relates to a Karman vortex flowmeter which improves the sensitivity of detecting the Karman vortex street.

<従来の技術> 従来、この種のカルマン渦型流量計としては、第4図乃
至第6図に示すものが知られている(例えば、実公昭58
-54671号公報参照)。
<Prior Art> Conventionally, as this type of Karman vortex flowmeter, those shown in FIG. 4 to FIG. 6 are known (for example, Jikken Sho 58).
-Reference 54746).

第4図はカルマン渦型流量計の原理構成を示す概略斜視
図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing the principle configuration of the Karman vortex flowmeter.

第5図は第4図におけるA−A′面で渦検出機構を切断
した図である。
FIG. 5 is a view in which the vortex detection mechanism is cut along the plane AA ′ in FIG.

第6図は第5図の説明に供する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining FIG.

第4図乃至第5図において、1は被測定流体が流れる流
管、2は流管1を横切って流体の流れ方向と直角に配置
された渦発生体(以下「シェダー」という)、3はシェ
ダー2の下流側に設けられてシェダー2で形成されたカ
ルマン渦列を検出する渦検出機構である。この渦検出機
構3は、例えば、流管1に固定された渦検出機構ハウジ
ング(以下「ハウジング」という)3aと、ハウジング3a
に取外可能に装着される先端にセンサ(感熱素子、例え
ばチップ型熱センサ)3dがポッテング材等を用いて埋め
込まれるようにして取付けられたセンサ保持具であるセ
ンサプローブ3bと、ハウジング3aの中央部に流体の流れ
方向と直行するように設けられたスリット3cとを具備す
る。そして、ハウジング3aにはその一端からスリット3c
に至る穴が設けらており、この部分にセンサプローブ3b
が挿入される。センサ3dからのリード線3eはセンサプロ
ーブ3b内を通って外部に導出される。
In FIGS. 4 to 5, 1 is a flow tube through which the fluid to be measured flows, 2 is a vortex generator (hereinafter referred to as “shedder”) arranged across the flow tube 1 at right angles to the flow direction of the fluid, and 3 is The vortex detection mechanism is provided on the downstream side of the shedder 2 and detects the Karman vortex train formed by the shedder 2. The vortex detection mechanism 3 includes, for example, a vortex detection mechanism housing (hereinafter referred to as “housing”) 3a fixed to the flow tube 1 and a housing 3a.
The sensor probe 3b, which is a sensor holder, has a sensor (heat-sensitive element, for example, a chip-type heat sensor) 3d attached to the tip detachably attached to the housing 3a by using a potting material or the like, and the housing 3a. A slit (3c) is provided at the center so as to be orthogonal to the flow direction of the fluid. The housing 3a has a slit 3c from one end thereof.
There is a hole leading to the sensor probe 3b.
Is inserted. The lead wire 3e from the sensor 3d is led to the outside through the inside of the sensor probe 3b.

ところで、センサ3dのカルマン渦列検出の感度は、流体
温度に比例し,流体密度の平方根に比例し、カルマン周
波数に逆比例する等の関係があるとされているがこれ等
は全て流体条件という外的条件である。従ってセンサ自
身による内的条件によりカルマン渦列検出の感度を変え
るには、センサ自身の物性を変えるか、感熱センサの形
を熱交換効率のよいものにするかしか方法がなかった。
By the way, it is said that the sensitivity of the Karman vortex train detection of the sensor 3d is proportional to the fluid temperature, proportional to the square root of the fluid density, inversely proportional to the Kalman frequency, etc. It is an external condition. Therefore, in order to change the sensitivity of Karman vortex street detection depending on the internal condition of the sensor itself, the only method is to change the physical properties of the sensor itself or to make the shape of the thermal sensor highly efficient in heat exchange.

そのセンサ3eとセンサプローブ3bとの関係は、実際は第
6図のようになっている。
The relationship between the sensor 3e and the sensor probe 3b is actually as shown in FIG.

第6図において、センサ3dはスリット3cにおいて熱効率
を高めるために、被測定流体に露出され、その形状は、
薄く且つ小さいほうが良いので、通常、例えばプローブ
半径R=φ7.05mmの表面に設けられたセンサ取付け
穴半径r=φ4mmのセンサプローブ3b上に、シェダー2
の1/10〜1/100位の大きさから成る(例えば、l=1m
m,d=2mm,t=0.4mmというように小さく形成さ
れる)センサ3eが図のように埋め込んだ形で装着され
る。そして、この時、センサ面とセンサプローブ面は面
一に形成される。その理由は、仮にセンサのみがセンサ
プローブ面より突出すると、もろに全面が外部環境に触
れることとなり、取付け力も弱く、振動が生ずると共に
測定流体の温度変化の影響をまともに被ることになり測
定結果に悪影響を及ぼすからである。尚、第6図(B)
の矢印Fは被測定流体の流れる方向とする。
In FIG. 6, the sensor 3d is exposed to the fluid to be measured in order to improve the thermal efficiency in the slit 3c, and its shape is
Since it is better to be thin and small, normally, for example, on the sensor probe 3b having a sensor mounting hole radius r = φ4 mm provided on the surface of the probe radius R = φ7.05 mm, the shedder 2
1/10 to 1/100 of the size (for example, l = 1m
The sensor 3e is mounted in the embedded form as shown in the figure, which is formed small as m, d = 2 mm and t = 0.4 mm. Then, at this time, the sensor surface and the sensor probe surface are formed flush with each other. The reason is that if only the sensor protrudes from the sensor probe surface, the entire surface will be in contact with the external environment, the mounting force will be weak, vibration will occur and the temperature change of the measured fluid will affect the measurement result. Because it will adversely affect Incidentally, FIG. 6 (B)
The arrow F indicates the direction in which the fluid to be measured flows.

この様な構成により、シェダー2により生じたカルマン
渦列は成長しながら下流に流され、渦検出機構3に達し
たカルマン渦列によりスリット3c中には流体移動が発生
するから、これによる熱的変化をセンサ3dの抵抗変化と
して検出することにより、流量測定が出来る。
With such a configuration, the Karman vortex train generated by the shedder 2 is made to flow downstream while growing, and the Karman vortex train reaching the vortex detection mechanism 3 causes fluid movement in the slit 3c. The flow rate can be measured by detecting the change as the resistance change of the sensor 3d.

<考案が解決しようとする課題> ところでこの様なセンサ取付け構造としたのでは実際
上、表面積が落ちるから感度が落ちてしまうという問題
がある。といってセンサの物性を変えるには新物質開発
のコスト時間が必要である。又、センサにおける熱交換
効率を高めるには薄く且つ小さくすることや形を表面積
の大きいものとするために形状を特種化する等の対策を
とらなければならないが、このことは、取扱を難しくし
たり、耐環境性の点で劣るものとなり、薄い/小さい/
複雑形状等とすることはコスト高となるために実用化に
までは至っていないのが現状である。特に航空用検出端
として考えてみた場合には、耐環境性の面で尚更のこと
その採用は難しかった。
<Problems to be Solved by the Invention> By the way, with such a sensor mounting structure, there is a problem that the surface area is reduced and the sensitivity is reduced. However, changing the physical properties of the sensor requires cost time for new material development. In addition, in order to improve the heat exchange efficiency of the sensor, it is necessary to take measures such as making it thin and small, and specializing the shape so that the shape has a large surface area, but this makes handling difficult. Or inferior in terms of environmental resistance, thin / small /
At present, it has not been put to practical use because forming a complex shape or the like is expensive. Especially when considering it as an aeronautical detection end, it was particularly difficult to adopt it in terms of environmental resistance.

本考案は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、簡単
な構造をとりながらも、センサの耐環境性を落すことな
く、同一カルマン渦列条件下で検出感度を向上させるこ
とを可能としたカルマン渦型流量計を提供するものであ
る。
The present invention has been made in view of the above problems of the conventional technology. The purpose of the present invention is to achieve the same Kalman sensor without deteriorating the environmental resistance of the sensor while having a simple structure. A Karman vortex flowmeter capable of improving detection sensitivity under vortex train conditions.

<課題を解決するための手段> 上記目的を達成するために、本考案は、被測定流体が流
れる流管中に前記被測定流体を横切って渦発生体を配置
し、該渦発生体によって渦列を発生させて、該渦列を前
記渦発生体の下流側に前記被測定流体を横切って配置さ
れて前記被測定流体に露出するようにして設けられたセ
ンサを有する渦検出機構によって検出するカルマン渦型
流量計において、前記センサ単体を完全に流体中に露出
させることなく耐環境性を保ちながらセンサ周囲に微小
渦発生器を設けてセンサの大きさレベルの乱流を発生さ
せ、センサの熱交換効率を向上させるようにしたことを
特徴とするものである。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a vortex generator across a fluid to be measured in a flow tube through which the fluid to be measured is arranged, and the vortex generator causes the vortex to be generated. A row is generated, and the vortex row is detected by a vortex detection mechanism having a sensor that is arranged downstream of the vortex generator across the fluid to be measured and is exposed to the fluid to be measured. In the Karman vortex flowmeter, a micro vortex generator is provided around the sensor while maintaining the environment resistance without completely exposing the sensor alone in the fluid to generate turbulence at the level of the sensor. It is characterized in that the heat exchange efficiency is improved.

<作用> センサの微小部分で見ると、レイノルズ数が測定系全体
の1/10〜1/100となり、シェダーの大きさのレベルでは
乱流であっても微小なセンサの周囲においては層流に近
くなると考えられる。
<Operation> When viewed from the minute part of the sensor, the Reynolds number becomes 1/10 to 1/100 of the whole measurement system, and even if it is turbulent at the level of the sheder size, it becomes laminar flow around the minute sensor. It is thought to be close.

そこでセンサの周囲に微小渦発生器(マイクロボルテッ
クスジェネレータ:,以下「MVG」と略称する)を設
けて、センサの周囲に熱交換率を高める目的でセンサの
大きさレベルの乱流を発生させ、熱交換効率を向上し、
検出感度を高める。
Therefore, a micro vortex generator (micro vortex generator: hereinafter abbreviated as "MVG") is provided around the sensor to generate turbulence at the sensor size level for the purpose of increasing the heat exchange rate around the sensor, Improve heat exchange efficiency,
Increase detection sensitivity.

<実施例> 実施例について図面を参照して説明する。<Example> An example will be described with reference to the drawings.

尚、以下の図面において、第4図乃至第6図と重複する
部分は同一番号を付してその説明は省略する。
In the following drawings, the same parts as those in FIGS. 4 to 6 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第1図は本考案のカルマン渦型流量計の具体的実施例を
示す図である。
FIG. 1 is a view showing a concrete embodiment of the Karman vortex flowmeter of the present invention.

第2図は第1図の説明に供する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining FIG. 1.

第1図及び第2図において、4はMVGである。この第
1図においては、センサプローブ3b上に設けられたMV
G4の構造は、センサ3eを完全に流体中に露出させるこ
となく、耐環境性を従来と同等に保ちながら、センサ3e
の周囲に、センサの大きさレベルの溝(ここでは同程度
の長さの溝)を設けている。
In FIGS. 1 and 2, 4 is an MVG. In FIG. 1, the MV provided on the sensor probe 3b
The structure of G4 does not expose the sensor 3e to the fluid completely, and keeps the environment resistance equivalent to the conventional one,
A groove having the size of the sensor (here, a groove having a similar length) is provided around the.

この様な構造とすることにより、従来センサ上の流体の
流れが、センサの大きさのレベルで見て層流に近いもの
が、第2図(A)に示すように、MVG4のために、セ
ンサの上はセンサの大きさレベルで見て乱流状態とな
り、センサ3eに対する熱交換効率を向上させることがで
き、検出感度を高めるる結果となっている。
With such a structure, the flow of the fluid on the conventional sensor, which is close to the laminar flow at the level of the size of the sensor, as shown in FIG. A turbulent flow is seen above the sensor at the size level of the sensor, and the heat exchange efficiency with respect to the sensor 3e can be improved, resulting in an increase in detection sensitivity.

実験結果を示す。実験は第2図(B)に示すように、渦
検出機構3のセンサとしてポジスタを用い、このポジス
タに駆動回路5から一定電圧をかけておき、流体の変化
によるポジスタの検出出力(電圧変化)をアンプ6で増
幅して指示計7で指示させるようにして得ている。その
結果、センサ抵抗R1=182.0Ωのものについて測
定したところ、カルマン渦による周波数が30Hzの時、
その検出出力は、従来技術においては0.2〜0.3V
rms程度しか得られなかったものが本考案を採用する
ことにより0.6Vrms程度の検出出力となる。又、
センサ抵抗R2=216.2Ωのものについて、カルマ
ン渦による周波数が30Hzの時の検出出力は、従来技術
においては0.4〜0.5Vrms程度しか得られなか
ったものが本考案を採用することにより0.6〜0.7
Vrms程度の検出出力となることが確認された。故
に、本考案の採用により確実にセンサ感度を夫々高める
ことができている。
The experimental results are shown. In the experiment, as shown in FIG. 2 (B), a posistor is used as a sensor of the vortex detection mechanism 3, a constant voltage is applied from the drive circuit 5 to this posistor, and the detection output (voltage change) of the posistor due to the change of fluid. Is amplified by an amplifier 6 and is indicated by an indicator 7, which is obtained. As a result, when the sensor resistance R 1 = 182.0Ω was measured, when the frequency due to Karman vortex was 30 Hz,
The detection output is 0.2 to 0.3 V in the prior art.
When the present invention is adopted, a detection output of about 0.6 Vrms can be obtained when only about rms can be obtained. or,
Regarding the sensor resistance R 2 = 216.2Ω, the detection output when the frequency due to the Karman vortex is 30 Hz can obtain only about 0.4 to 0.5 Vrms in the prior art, and the present invention is adopted. 0.6 to 0.7
It was confirmed that the detection output was about Vrms. Therefore, by adopting the present invention, the sensor sensitivity can be surely increased.

ところで、本考案は第1図の構成に限定されるものでは
ない。例えば第3図のその他の実施例を示す図のように
構成することができる。
By the way, the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. For example, it can be configured as shown in FIG. 3 showing another embodiment.

第3図(A)は第1図の溝に代って溝列を設けた構造と
したもの、又、第3図(B)はセンサの周囲に(ここで
は流体の流れに対してセンサノ全面となるように)に更
に小さな突起物(又は突起物列)から成るMVGを設け
るようにしても、第1図と同様にの効果を得ることがで
きる。
FIG. 3 (A) shows a structure in which a groove array is provided in place of the groove of FIG. 1, and FIG. 3 (B) shows the structure around the sensor (here, the entire surface of the sensor is against the flow of fluid). In this case, the same effect as in FIG. 1 can be obtained by providing an MVG composed of smaller projections (or a row of projections).

<考案の効果> 本考案は、以上説明したように構成されているので、次
に記載するような効果を奏する。
<Effects of the Invention> Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

:センサ感度を高めることができる。: The sensor sensitivity can be increased.

:コスト高やセンサの耐環境性の低下等を損うことな
く、乱流発生効果により勝れた検出結果を得ることがで
きる。
: It is possible to obtain a superior detection result due to the turbulent flow generation effect without impairing the high cost and deterioration of the environmental resistance of the sensor.

:風量計センサのような微小出力しか得られない測定
に多大の効果があり、実施効果が極めて高い。
: It has a great effect on measurement such as an air flow sensor that can obtain only a minute output, and the effect of implementation is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案のカルマン渦型流量計の具体的実施例を
示す図、第2図は第1図の説明に供する図、第3図はそ
の他の実施例を示す図、第4図はカルマン渦型流量計の
原理構成を示す概略斜視図、第5図は第4図におけるA
−A面で渦検出機構を切断した図、第6図は第5図の説
明に供する図である。 1…流管、2…渦発生体(シェダー)、3…渦検出機
構、4…微小渦発生器(MVG)。
FIG. 1 is a diagram showing a concrete embodiment of the Karman vortex flowmeter of the present invention, FIG. 2 is a diagram used for explaining FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing other embodiments, and FIG. A schematic perspective view showing the principle configuration of the Karman vortex flowmeter, FIG. 5 is A in FIG.
FIG. 6 is a diagram in which the vortex detection mechanism is cut along the −A plane, and FIG. 6 is a diagram for explaining FIG. 5. 1 ... Flow tube, 2 ... Vortex generator (shedder), 3 ... Vortex detection mechanism, 4 ... Micro vortex generator (MVG).

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】被測定流体が流れる流管中に前記被測定流
体を横切って渦発生体を配置し、該渦発生体によって渦
列を発生させて、該渦列を前記渦発生体の下流側に前記
被測定流体を横切って配置されて前記被測定流体に露出
するようにして設けられたセンサを有する渦検出機構に
よって検出するカルマン渦型流量計において、前記セン
サ単体を完全に流体中に露出させることなく耐環境性を
保ちながらセンサ周囲に微小渦発生器を設けてセンサの
大きさレベルの乱流を発生させ、センサの熱交換効率を
向上させるようにしたことを特徴とするカルマン渦型流
量計。
1. A vortex generator is arranged in a flow tube through which the fluid to be measured flows across the fluid to be measured, and a vortex row is generated by the vortex generator, and the vortex row is placed downstream of the vortex generator. In a Karman vortex flowmeter for detecting by a vortex detection mechanism having a sensor arranged so as to be exposed to the fluid to be measured, the sensor alone being completely immersed in the fluid. A Karman vortex characterized by improving the heat exchange efficiency of the sensor by providing a minute vortex generator around the sensor while maintaining environmental resistance without exposing it to generate turbulence at the level of the sensor. Type flow meter.
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