JPH06221885A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 渦の強度を増し、安定性を高めて測定流体の
脈動や配管影響を小さくする。 【構成】 渦発生体４を有する本体１に対し、渦発生体
４と対応する位置に同形等寸の空室２,３を配設して空
室２と３の間をダクト７で連通する。空室２の底部は、
本体１に受圧膜５を形成し、空室３の底部は受圧膜６を
形成する。受圧膜５,６は、渦発生により変化する流路
断面Ａ,Ｂの流速と逆位相に変化する圧力に応じて変位
する。この変位はダクト７を介してポジティブに変化す
るので、流路断面Ａ,Ｂ間の圧力差は更に大きくなり、
渦が安定して出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、渦流量計に関し、より詳細に
は、渦発生体に生ずる渦信号と同位相の信号を加えるこ
とにより、安定した渦信号を検出する渦流量計に関す
る。

【０００２】

【従来技術】渦流量計は、渦発生体と、該渦発生体を取
り付ける本体と、渦信号を検出する渦センサとからなる
簡単な要素で構成され、流体の物性によらず、レイノル
ズ数（Ｒe数）のみに依存する流量特性を有するので、
気体・液体の流量計測に広く使用されている。渦流量計
は、渦発生体から流出する渦信号が交番圧力変動をもた
らすことを利用して、単位時間に発生する渦信号の数か
ら流量を求めている。

【０００３】しかし、渦による変動圧力は流速の２乗に
比例した大きさとなるので、大流量域で安定した渦を発
生していても小流量域では不安定であった。例えば、流
管内を流れる測定流体に脈動があると、渦信号は打消さ
れたり、また、脈動の周波数と渦信号周波数とが近接す
ると、渦信号は脈動信号に同期し、流量に従った渦信号
を得ることができず、流量計測が不可能になったり、或
いは配管内の流れによる影響が大きくなり、流量計とし
ての信頼性が低下する等の問題があった。

【０００４】

【目的】本発明は、上述の実情に鑑みてなされたもの
で、渦発生体を通過するときの測定流体に対して発生す
る渦による変動圧力と同相の圧力変動を与えることによ
り、渦の変動圧力を増大させ、特に小流量域での渦信号
を安定させ、脈動や配管影響を受けないＳＮ比の優れた
渦流量計を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
測定流体が流れる本体と、該本体内に流れに対向して配
設された渦発生体と、該渦発生体より流出する渦に基づ
く渦信号を検知する渦センサと、前記渦発生体と対応す
る本体の一方の壁部に配設された空室と、該空室を形成
する本体壁面で渦の変動圧力により変位する第１受圧膜
と、前記渦発生体と対応する本体の他方の壁部に配設さ
れた空室と、該空室を形成する本体壁面で前記第１受圧
膜と逆位相に変位する第２受圧膜と、前記第１受圧膜側
の空室と第２受圧膜側の空室とを連通するダクトとから
なること、更には、（２）前記（１）において、前記本
体内の測定流体とダクト内とを連通可能に開閉する弁手
段を有する連通管を本体とダクト間に配設したこと、更
には、（３）前記（１）又は（２）において、前記渦信
号が所定周波数に達したとき、前記順圧膜側空室と逆圧
膜側空室とを遮断する弁手段を前記ダクトに配設したこ
と、或いは、（４）前記（１）及至（３）の何れにおい
て前記空室とダクト内に収容された圧媒質と、前記ダク
トと測定流体とに連通する調圧室と、該調圧室内に配設
され、前記圧媒質と測定流体とを区画し該圧媒質と測定
流体との差圧に応じて変位する可撓体とからなる調圧器
を有すること、或いは、（５）測定流体が流れる本体
と、該本体内に流れに対向して配設された渦発生体と、
該渦発生体より流出する渦に基づく渦信号を検知する渦
センサと、前記渦発生体と対応する前記本体の一方壁面
に作用する渦変動圧力により変位する圧膜と、該圧膜の
変位を検出する第１圧検知手段と、前記渦発生体と対応
する前記本体の他方の壁面に作用する渦変動圧力により
変位する圧膜の変位を検出する第２圧検知手段と、前記
第１圧検知手段と一体に配設され、前記第２圧検知手段
の信号に基づいて、前記第１圧検知手段を順方向に駆動
する第１方向駆動手段と、前記第２圧検知手段と一体に
配設され、前記第１圧検知手段の信号に基づいて前記第
２圧検知手段を逆方向に駆動する第２方向駆動手段とを
有することを特徴とするものである。以下、本発明の実
施例に基づいて説明する。

【０００６】図１は、本発明における渦流量計を説明す
るための構成図で、図中、１は本体、２,３は空室、４
は渦発生体、５は第１受圧膜、６は第２受圧膜、７はダ
クト、８は渦センサである。図において、本体１は測定
流体が流れる流路１ａを有する円筒体で、該本体１内に
渦発生体４が流れに対応して流路１ａに軸対称に、すな
わち流路１ａを等流路断面Ａ,Ｂに区分し両端固定され
ており、渦センサ８を配設している。本体１の渦発生体
４に対向する各々の壁部には、空室２と空室３とが配設
されており、該空室２,３の底面と本体１の内壁面１ｂ
との間は薄膜状になっており、圧力に応動して変位する
ようになっている。空室２と空室３とは同形で、所定の
流体、例えば空気などの低粘度の流体が収容されてお
り、渦の変動圧力に対応して、周期変動し、交番変化し
ている。ここでは説明上、空室２側の薄膜を第１受圧膜
５，空室３側薄膜を第２受圧膜６と呼ぶ。また、空室２
と３とはダクト７で連通されている。

【０００７】測定流体が流路１ａを流れると、渦発生体
４の後流にカルマン渦が発生する。このとき、渦発生体
４の両側の流路断面Ａ,Ｂには、等流速と、渦発生体４
まわりの交互の向きをもつ循環流とのベクトル和であら
わされる重畳流れが生じ、この結果、流路断面Ａ,Ｂの
流速は渦の発生毎に交互に変化する。ベルヌーイの定理
に従って流路断面Ａ,Ｂの圧力も交番変化する。流路断
面Ａの流速が大きくなるときは、流路断面Ｂの流速は小
さくなり、流路断面Ａの流速が小さくなるときは、流路
断面Ｂの流速は大きくなる。

【０００８】流路断面Ａの流速が流路断面Ｂの流速より
も大きいときは、流路断面Ａの圧力は流路断面Ｂの圧力
よりも小さく、逆に流路断面Ａの流速が流路断面Ｂの流
速よりも小さいときは、流路断面Ａの圧力は流路断面Ｂ
の圧力よりも大きくなる。

【０００９】第１受圧膜５および第２受圧膜６は、流路
断面Ａ,Ｂの圧力変化に伴って流路１ａの半径方向に変
位する。空室２,３が密閉されていれば、第１，第２受
圧膜５,６の変位に応じて空室２,３の圧力が変化する。
すなわち、流路断面Ａの流速が大きいときは、第１受圧
膜５は軸心方向に変位することにより、空室２の圧力は
減少し、逆に第２受圧膜６は半径方向に変位し、空室４
の圧力は増加する。このとき、空室２と３とをダクト７
で連通すると、高圧側の空室３の流体はダクト７を通
り、空室２の圧力を増加する結果、第１受圧膜５は更に
軸心側に押圧される。また、空室３の圧力は減少するの
で、第２受圧膜６は更に半径方向に変位する。

【００１０】この結果、流路断面Ａの流速は更に増大
し、流路断面Ｂの流速は更に減少し、渦発生を助長す
る。流路断面Ａの流速が減少し、流路断面Ｂの流速が増
加したときも、同様に各々の流路断面の流速を増大させ
るポジティブな作用があるので、渦の安定発生が効果的
に行われる。

【００１１】図２は、本発明における渦流量計の他の実
施例を説明するための図で、図中、９は連通管、１０は
開閉弁で、図１と同じ作用をする部分には、図１と同一
の参照番号を付している。

【００１２】図２の渦流量計は、測定流体の圧力と空室
２,３の圧力との圧力差が大きく、流路断面Ａ,Ｂの流速
の変化に従って変位する管の第１，第２受圧膜が大きく
変位しない場合に適用されるものである。このために、
測定流体とダクト７とを連通管９で連通させ、流路断面
Ａ,Ｂの圧力と空室２,３の静圧力とを等しくする。連通
管９は開閉弁１０を有し、流路１ａとは透孔９ａを介し
て連通しており、開閉弁１０を開弁し、流路１ａの圧力
と空室２,３の圧力が等くなれば、開閉弁１０を閉弁す
ることにより、図１の渦流量計と同じ作用の渦流量計と
なる。

【００１３】図３は、本発明における渦流量計の、更
に、他の実施例を説明するための図で、図中、１１は電
磁弁、１２は周波数カウンタであり、図１，図２と同じ
作用をする部分には、図１，図２と同一の参照番号を付
している。

【００１４】電磁弁１１はダクト７に配設されて、該ダ
クト７を導通，遮断するもので、渦センサ８からの渦信
号の周波数が所定値に達するまでは電磁弁１１は開路
し、ダクト７を導通し、周波数が所定値に達すると、電
磁弁１１を閉路し、空室２と３との間の導通が遮断され
る。

【００１５】空室２および空室３は、同じ容積をもった
積分容素であり、ダクト７は積分容素を連通する抵抗要
素であり、空室２，３とダクト７とは一次遅れ系となっ
ている。従って、該一次遅れ系の遮断周波数に近づく
と、位相遅れが生じ、図１に示した正帰還動作が阻害さ
れることがある。このために、渦周波数が遮断周波数付
近に達したとき、正帰還動作を停止させるために、周波
数カウンタ１２に入力する渦信号が渦周波数が設定値に
達したとき、電磁弁１１を閉弁する。

【００１６】図４は、本発明における渦流量計の、更
に、他の実施例を説明するための図で、図中、３０は調
圧器、３１は調圧室、３２はベローズ、３３は圧媒質で
あり、図１と同じ作用をする部分には図１と同一の参照
番号を付している。

【００１７】図４において、空室２，３とダクト７との
中には非圧縮流体の圧媒質３３を収容している。該圧媒
質３３は連通管９に配設された調圧器３０に導入され
る。調圧器３０はダクト７と流路１ａ内の測定流体と連
通する筒状の調圧室３１内に導通される。しかし、圧媒
質３３は、該調圧室３１内に配設され、開口部３２ａが
測定流体に連通するベローズ３２により測定流体と区画
される。ベローズ３２は、ダクト７と測定流体との圧力
差に従って変位しダクト７と測定流体との圧力が等しく
なると平衡する。この結果、第１変圧膜５および第２変
圧膜６は測定流体の圧力に影響されず渦の変動圧力のみ
に比例して変位する。

【００１８】図５（ａ）,（ｂ）は、図１における渦流
量計の他の実施例を説明するための図で、（ａ）図は縦
断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ矢視断面図であ
り、図中、１３は変換器、１４は外筒であり、図１と同
じ作用をする部分には、図１と同一の参照番号を付して
いる。

【００１９】図５の渦流量計は、特に大形の渦流量計に
適用するため、ダクト７の流体抵抗を小さくして、応答
性の優れた渦流量計とするためのもので、本体１に空室
２,３を配設し、該空室２と空室３とを該本体１内で並
列に連通するダクト７ａ，７ｂを渦発生体４の両端を挟
む位置で連通し、該本体１は空室２,３を密封して収納
する外筒１４と一体に形成される。この構造では、ダク
ト７ａ，７ｂは外筒１４内で並列に空室２,３と連通し
ており、ダクト７ａ，７ｂの長さは短かく並列であるか
ら、各々の流速は小さくなり、ダクト７ａ，７ｂの抵抗
が小さく、大形でも応答性の優れた渦流量計とすること
ができる。尚、渦センサ８からの渦信号は変換器１３で
信号処理が行われる。

【００２０】図６は、本発明における更に他の実施例を
説明するための図で、１５は第１凹部、１６は第２凹
部、１７は第１ひずみセンサ、１８は第２ひずみセン
サ、１９は第１アクチュエータ、２０は第２アクチュエ
ータ、２１，２２は封着板、２３は第１増幅器、２４は
第２増幅器で、図１と同じ作用をする部分には、図１と
同一の参照番号を付している。

【００２１】図において、第１，第２凹部１５，１６
は、渦発生体４に対向した本体１の各々の管壁に穿設さ
れ、各々の底部に第１受圧膜５と第２受圧膜６を形成し
ている。第１凹部１５および第２凹部１６の底面には、
各々第１ひずみセンサ１７および第２ひずみセンサ１８
が固着され、各々の上部に第１アクチュエータ１９およ
び第２アクチュエータ２０が積層され、その上部を凹部
２１ａ，２２ａを有する剛性が高い、封着板２１，２２
で本体１に固着されている。

【００２２】ひずみセンサ１７，１８は、ひずみゲージ
又は圧電素子が用いられ、アクチュエータ１９，２０は
圧電素子が好適である。第１ひずみセンサ１７のひずみ
信号は、導線２１ａを介して増幅器２３に入力し、出力
は導線２１ｂを介して第２アクチュエータ２０に印加さ
れる。同様に、第２ひずみセンサ１８のひずみ信号は、
導線２２ａを介して増幅器２４に入力し、出力は導線２
２ｂを介して第１アクチュエータ１９に印加される。

【００２３】例えば、流路断面Ａの流速が流路断面Ｂの
流速よりも大きくなるときは、流路断面Ａの圧力は流路
断面Ｂの圧力よりも小さい。この結果、第１ひずみセン
サは第１受圧膜５の変位に従った軸心に向けたひずみ信
号（マイナス方向）を受ける。該マイナス方向のひずみ
信号は増幅器２３で増幅され、第２アクチュエータ２０
を外部に向けた変位（プラス方向）を与え、同時に第２
ひずみセンサ１８を更にプラス方向に変位させる。

【００２４】同様に、流路断面Ａの流速が流路断面Ｂの
流速よりも小さいときも、第２ひずみセンサ１８の入力
信号を受けて増幅器２４の出力により第１アクチュエー
タ１９を駆動する正帰還作用がなされる。

【００２５】この構造によると、ダクト７が不要であ
り、第１センサ１７を入力してから第２アクチュエータ
２０を駆動するまでの時間遅れがない。同様に、第２セ
ンサ１８の信号を入力してから第１アクチュエータ１９
を駆動するまでの時間遅れがないので、渦流量計流量範
囲の全域に亘り、ＳＮ比の良い渦発生を制御でき、渦に
対応した交番信号が得られる。従って、特別の渦センサ
８を必要とせず、増幅器２３又は２４の出力から渦信号
を検知することができる。更に、流路内には渦発生体４
だけが配設されいるので、理想的な渦流量計を構成でき
る。

【００２６】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、以下のような効果がある。 （１）渦発生に伴う渦発生体まわりの圧力変化が空室か
らダクトを介して他方の空室に伝播し、受圧膜を変位さ
せ、渦発生をより安定にする方向に制御するので、強力
な渦ができ、脈動や配管影響の少ない渦流量計とするこ
とができる。 （２）測定流体と空室との圧力差があっても、測定前連
通管の開閉弁を開路して圧力差をなくしてから閉弁する
ことにより、圧力影響を受けることなく上記（１）の特
性を得ることができる。 （３）空室とダクトとからなる一次遅れ系の影響を受
け、特性が変化することを防ぐことができる。 （４）一方の空室のひずみセンサのひずみ信号を増幅器
で増幅後、他方の空室のアクチュエータを駆動するの
で、時間遅れがなく、全流量域で駆動することが可能と
なり、特別の渦センサを必要とせず、増幅器信号を渦信
号として出力できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における渦流量計を説明するための構
成図である。

【図２】 本発明における渦流量計の他の実施例を説明
するための図である。

【図３】 本発明における渦流量計の更に他の実施例を
説明するための図である。

【図４】 本発明における渦流量計の更に他の実施例を
説明するための図である。

【図５】 図１における渦流量計の他の実施例を説明す
るための図である。

【図６】 本発明における渦流量計の更に他の実施例を
説明するための図である。

【符号の説明】 １…本体、２,３…空室、４…渦発生体、５…第１受圧
膜、６…第２受圧膜、７…ダクト、８…渦センサ、９…
連通管、１０…開閉弁、１１…電磁弁、１２…周波数カ
ウンタ、１３…変換器、１４…外筒、１５…第１凹部、
１６…第２凹部、１７…第１ひずみセンサ、１８…第２
ひずみセンサ、１９…第１アクチュエータ、２０…第２
アクチュエータ、２１，２２…封着板、２３…第１増幅
器、２４…第２増幅器、３０…調圧器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定流体が流れる本体と、該本体内に流
   れに対向して配設された渦発生体と、該渦発生体より流
   出する渦に基づく渦信号を検知する渦センサと、前記渦
   発生体と対応する本体の一方の壁部に配設された空室
   と、該空室を形成する本体壁面で渦の変動圧力により変
   位する第１受圧膜と、前記渦発生体と対応する本体の他
   方の壁部に配設された空室と、該空室を形成する本体壁
   面で前記第１受圧膜と逆位相に変位する第２受圧膜と、
   前記第１受圧膜側の空室と第２受圧膜側の空室とを連通
   するダクトとからなることを特徴とする渦流量計。
2. 【請求項２】 前記本体内の測定流体とダクト内とを連
   通可能に開閉する弁手段を有する連通管を本体とダクト
   間に配設したことを特徴とする請求項１に記載の渦流量
   計。
3. 【請求項３】 前記渦信号が所定周波数に達したとき、
   前記順圧膜側空室と逆圧膜側空室とを遮断する弁手段を
   前記ダクトに配設したことを特徴とする請求項１又は２
   に記載の渦流量計。
4. 【請求項４】 前記空室とダクト内に収容された圧媒質
   と、前記ダクトと測定流体とに連通する調圧室と、該調
   圧室内に配設され、前記圧媒質と測定流体とを区画し該
   圧媒質と測定流体との差圧に応じて変位する可撓体とか
   らなる調圧器を有することを特徴とする請求項２及至３
   に記載の渦流量計。
5. 【請求項５】 測定流体が流れる本体と、該本体内に流
   れに対向して配設された渦発生体と、該渦発生体より流
   出する渦に基づく渦信号を検知する渦センサと、前記渦
   発生体と対応する前記本体の一方壁面に作用する渦変動
   圧力により変位する圧膜と、該圧膜の変位を検出する第
   １圧検知手段と、前記渦発生体と対応する前記本体の他
   方の壁面に作用する渦変動圧力により変位する圧膜の変
   位を検出する第２圧検知手段と、前記第１圧検知手段と
   一体に配設され、前記第２圧検知手段の信号に基づい
   て、前記第１圧検知手段を順方向に駆動する第１方向駆
   動手段と、前記第２圧検知手段と一体に配設され、前記
   第１圧検知手段の信号に基づいて前記第２圧検知手段を
   逆方向に駆動する第２方向駆動手段とを有することを特
   徴とする渦流量計。