JPH0620100Y2 - カルマン渦型流量計 - Google Patents

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。

＜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）。

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。

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。

第６図は第５図の説明に供する図である。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

＜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。

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。

＜実施例＞ 実施例について図面を参照して説明する。

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。

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。

第２図は第１図の説明に供する図である。

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。

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。

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Ｒ_１＝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Ｒ_２＝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。

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。

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。

＜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。

：センサ感度を高めることができる。

：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。

：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。

【図面の簡単な説明】

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）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【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。