JPS5857687B2 - 渦流量計 - Google Patents
渦流量計Info
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- JPS5857687B2 JPS5857687B2 JP53061903A JP6190378A JPS5857687B2 JP S5857687 B2 JPS5857687 B2 JP S5857687B2 JP 53061903 A JP53061903 A JP 53061903A JP 6190378 A JP6190378 A JP 6190378A JP S5857687 B2 JPS5857687 B2 JP S5857687B2
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- Japan
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/01—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by using swirlflowmeter
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
- G01F1/3266—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations by sensing mechanical vibrations
-
- G—PHYSICS
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- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3287—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl circuits therefor
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Fluid Mechanics (AREA)
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- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、カルマン渦を利用して流体の流速または流量
を測定する渦流量計に関する。
を測定する渦流量計に関する。
流体中に物体を置くと、物体の雨後側面から交互にかつ
規則的に渦が発生し、下流に補則となって流れることが
古くから知られている。
規則的に渦が発生し、下流に補則となって流れることが
古くから知られている。
この補則はカルマン渦列といわれ、単位時間当りの渦の
生成数（渦周波数）が流体の流速に比例している。
生成数（渦周波数）が流体の流速に比例している。
渦流量計は、測定流体を導く管路内に渦発生体を配置し
、渦発生体によって流速に比例した渦を発生させ、渦信
号を感熱素子や圧電素子等のセンサで検出した後信号変
換して流体の流速や流量を測デするものである。
、渦発生体によって流速に比例した渦を発生させ、渦信
号を感熱素子や圧電素子等のセンサで検出した後信号変
換して流体の流速や流量を測デするものである。
ところで渦信号には渦周波数（ＩＨｚ〜１２０Ｈｚ程度
）より低周波のゆらぎといわれるノイズ成分が重畳され
ている。
）より低周波のゆらぎといわれるノイズ成分が重畳され
ている。
このノイズの周波数は渦周波数が高くなる程高くなり、
その太きさも周波数に応じて増大する。
その太きさも周波数に応じて増大する。
さらに渦信号を圧電センサで検出する場合には、ポンプ
などにより励起される管路振動等によるノイズの影響を
受ける。
などにより励起される管路振動等によるノイズの影響を
受ける。
管路振動等のノイズは数十Ｈｚ〜数百Ｈｚにあり、その
大きさは周波数に比例して一般的には増大する。
大きさは周波数に比例して一般的には増大する。
本発明は、これらのノイズの影響を有効に除去し、渦信
号を低流速から高流速まで良好なＳ／Ｎで検出できる圧
電素子をセンサとする渦流量計を提供するにある。
号を低流速から高流速まで良好なＳ／Ｎで検出できる圧
電素子をセンサとする渦流量計を提供するにある。
第１図は本発明の一実施例を示す接続図である。
図において、１は測定流体の流速ににじて生ずる渦信号
を検出する圧電素子を用いたセンサで、渦発生体やその
下流側に設けた受力体および測定流体が流れる管路に取
付けられており、渦信号に応じてその両端に渦周波数の
交番電荷Ｑが生ずる。
を検出する圧電素子を用いたセンサで、渦発生体やその
下流側に設けた受力体および測定流体が流れる管路に取
付けられており、渦信号に応じてその両端に渦周波数の
交番電荷Ｑが生ずる。
電荷Ｑの大きさは第２図の点線イの如く渦周波数の２乗
特性となっている。
特性となっている。
２はチャージアンプで、演算増幅器ＯＰ１とＯＰ、の帰
還回路に接続されたコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とで構成
され、その入力端子間に圧電センサーが接続されている
。
還回路に接続されたコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とで構成
され、その入力端子間に圧電センサーが接続されている
。
チャージアンプ２の周波数特性は第２図の点線酬こ示す
■ 如く、カットオフ周波数ｆ ａ （＝ −）に２πＣ，
Ｒ１ 達するまではゲインが直線的に増加し、ｆａを越えると
ゲインがＣｓ／Ｃ１（ただしＣｓは圧電センサ１の等価
容量）で一定となる。
■ 如く、カットオフ周波数ｆ ａ （＝ −）に２πＣ，
Ｒ１ 達するまではゲインが直線的に増加し、ｆａを越えると
ゲインがＣｓ／Ｃ１（ただしＣｓは圧電センサ１の等価
容量）で一定となる。
３はフィルタ回路で、演算増１＠器ＯＰ２と、ＯＰ２の
入力回路に接続される抵抗Ｒ２，Ｒ３とコンデンサＣ３
からなる入力インピーダンス回路と、ＯＰ２の帰還回路
に接続される抵抗Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ４，Ｃ５か
らなる帰還インピーダンス回路からなり、第２図の点線
ハに示す如き周波数特性を有する単一帰還形のローパス
フィルタが示されている。
入力回路に接続される抵抗Ｒ２，Ｒ３とコンデンサＣ３
からなる入力インピーダンス回路と、ＯＰ２の帰還回路
に接続される抵抗Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ４，Ｃ５か
らなる帰還インピーダンス回路からなり、第２図の点線
ハに示す如き周波数特性を有する単一帰還形のローパス
フィルタが示されている。
このため圧電センサ１とチャージアンプ２およびフィル
タ回路３からなる回路は第２図の実線に示す如き周波数
特性となる。
タ回路３からなる回路は第２図の実線に示す如き周波数
特性となる。
なお、Ｃ２はチャージアンプ２とフィルタ回路３とを接
続する結合コンデンサである。
続する結合コンデンサである。
４はツェナーダイオードＺＤと抵抗Ｒ６の直列回路で、
フィルタ回路３を構成する演算増幅ＩＰ２の入出力端間
に接続され、ＯＰ２の出力ｅ。
フィルタ回路３を構成する演算増幅ＩＰ２の入出力端間
に接続され、ＯＰ２の出力ｅ。
がＺＤのツェナー電圧ｖＺ以上になるとフィルタ回路３
のフィルタ特性を解除するものである。
のフィルタ特性を解除するものである。
このように構成した本発明において、チャージアンプ２
は圧電センサ１からの交番電荷ＱをコンデンサＣ１にチ
ャージし、ＯＰｌの出力端子に交流電圧ｅ１を生ずる。
は圧電センサ１からの交番電荷ＱをコンデンサＣ１にチ
ャージし、ＯＰｌの出力端子に交流電圧ｅ１を生ずる。
この電圧ｅ１の波形は第３図に示すように、測定流体が
低流速時には管路振動等の高周波ノイズが重畳された波
形となり、高流速時にはビート信号でかつ低周波のゆら
ぎ成分を含んだ波形となっている。
低流速時には管路振動等の高周波ノイズが重畳された波
形となり、高流速時にはビート信号でかつ低周波のゆら
ぎ成分を含んだ波形となっている。
ｅｌをカットオフ周波数ｆｂのローパスフィルタ回路３
を介して取り出すと、その出力は第４図に示すように渦
周波数ｆがｆｂ以下の低流速時には高周波ノイズが除去
されＳ／Ｎの良好な信号となるが、ｆがｆｂ以上の高流
速時には低周波のノイズで出力が飽和し、高周波の信号
成分が計数できない波形となる。
を介して取り出すと、その出力は第４図に示すように渦
周波数ｆがｆｂ以下の低流速時には高周波ノイズが除去
されＳ／Ｎの良好な信号となるが、ｆがｆｂ以上の高流
速時には低周波のノイズで出力が飽和し、高周波の信号
成分が計数できない波形となる。
これは高流速時に信号成分が高周波となりフィルタ回路
３で減衰するのに対し、ノイズ成分である低周波のゆら
ぎ成分が高流速時に大きくなるためである。
３で減衰するのに対し、ノイズ成分である低周波のゆら
ぎ成分が高流速時に大きくなるためである。
そこで本発明では、ツェナーダイオードＺＤと抵抗Ｒ６
の直列回路４をフィルタ回路３を構成する演算増幅器Ｏ
Ｐ２の入出力端子間に接続し、ＯＰ２の出力ｅ。
の直列回路４をフィルタ回路３を構成する演算増幅器Ｏ
Ｐ２の入出力端子間に接続し、ＯＰ２の出力ｅ。
がツェナー電圧■Ｚ以上になると、ＯＰ２に直列回路４
を介して帰還をかけフィルタ特性を解除するとともに、
振幅制限特性を持つように構威しである。
を介して帰還をかけフィルタ特性を解除するとともに、
振幅制限特性を持つように構威しである。
よって、ツェナー電圧■Ｚをｆｂ付近のＯＰ２の出力ｅ
。
。
相当の値に選べば、出力ｅ。の波形は、第５図に示すよ
うにｅ。
うにｅ。
が■Ｚ以下の低流速時（ｆ＜ｆｂ相当）には高周波ノイ
ズが除去された波形となり、ｅｏが■Ｚ以上の高流速時
（ｆ＞ｆｂ相当）には低周波のノイズ成分の影響を受け
ない波形となって、低流速時においても高流速時におい
てもＳ／Ｎの良好な信号となる。
ズが除去された波形となり、ｅｏが■Ｚ以上の高流速時
（ｆ＞ｆｂ相当）には低周波のノイズ成分の影響を受け
ない波形となって、低流速時においても高流速時におい
てもＳ／Ｎの良好な信号となる。
なお、直列回路４の抵抗Ｒ６を省略してツェナダイオー
ドＺＤ単独でもフィルタ特性を解除する効果は十分であ
る。
ドＺＤ単独でもフィルタ特性を解除する効果は十分であ
る。
ただしこの場合出力波形が多少孔れひげが生ずる。
また本発明ではアクティブフィルタを用いているので、
チャージアンプの低域特性を補償できる利点がある。
チャージアンプの低域特性を補償できる利点がある。
すなわちチャージアンプ２のカットオフ周波数ｆａを渦
周波数の最低値付近（例えば３ Ｈｚ ）に選びかつＣ
ｓ／Ｃ１にゲインを持たせるには、抵抗Ｒ１の値を１０
００Ｍ、２以上の非常に大きな値とする必要があり、抵
抗値の信頼性等に問題が生ずる。
周波数の最低値付近（例えば３ Ｈｚ ）に選びかつＣ
ｓ／Ｃ１にゲインを持たせるには、抵抗Ｒ１の値を１０
００Ｍ、２以上の非常に大きな値とする必要があり、抵
抗値の信頼性等に問題が生ずる。
そこで、チャージアンプ２のカットオフ周波数ｆａを渦
周波数の最低値より高い例えば３０Ｈｚ付近に選び、か
つコンデンサＣ１の値を圧電センサ１の容量Ｃｓの値よ
り大きく選んでゲインを１より小さくし、第６図の点線
イに示すように低域特性を犠牲にして抵抗Ｒ１の値を充
分に小さく（例えば５０Ｍ、Ｑ）選ぶとともに、フィル
タ回路３は第６図の点線口に示す如く、そのカットオフ
周波数ｆｂを渦周波数の最低値付近に選び、かつゲイン
を充分に大きく選べば、圧電センサ１とチャージアンプ
２およびフィルタ回路３からなる回路の特性は第６図の
実線に示すようになり、フィルタ回路３により千ヤージ
アンプ２の低域特性を補償し所望のゲインを得ることが
できる。
周波数の最低値より高い例えば３０Ｈｚ付近に選び、か
つコンデンサＣ１の値を圧電センサ１の容量Ｃｓの値よ
り大きく選んでゲインを１より小さくし、第６図の点線
イに示すように低域特性を犠牲にして抵抗Ｒ１の値を充
分に小さく（例えば５０Ｍ、Ｑ）選ぶとともに、フィル
タ回路３は第６図の点線口に示す如く、そのカットオフ
周波数ｆｂを渦周波数の最低値付近に選び、かつゲイン
を充分に大きく選べば、圧電センサ１とチャージアンプ
２およびフィルタ回路３からなる回路の特性は第６図の
実線に示すようになり、フィルタ回路３により千ヤージ
アンプ２の低域特性を補償し所望のゲインを得ることが
できる。
さらに、装置を単一の直流電源で動作させる場合には、
第１図に示すように演算増幅器ＯＰ１．ＯＰ２の電源端
子に単一の直流電源■から電源電圧を与え、かつＯＰｌ
、ＯＰ２の入力端子（ト）に単一の直流電源■からの電
圧を抵抗Ｒ７，Ｒ８で分圧した後抵抗Ｒ９を介して与え
るように構成すればよい。
第１図に示すように演算増幅器ＯＰ１．ＯＰ２の電源端
子に単一の直流電源■から電源電圧を与え、かつＯＰｌ
、ＯＰ２の入力端子（ト）に単一の直流電源■からの電
圧を抵抗Ｒ７，Ｒ８で分圧した後抵抗Ｒ９を介して与え
るように構成すればよい。
この場合圧電センサ１の絶縁抵抗が低下すると、ＯＰ、
の入力端子（→の電位が入力端子（ト）の電位より低下
し、ＯＰｌの出力が飽和するという問題が生ずるので、
第７図の実施例においては、圧電センサ１とＯＰｌの入
力端子（へ）との間に結合コンデンサＣｏを接続し、圧
電センサ１側に直流電流が流れないようにして絶縁抵抗
の低下による動作点の変動を防止しである。
の入力端子（→の電位が入力端子（ト）の電位より低下
し、ＯＰｌの出力が飽和するという問題が生ずるので、
第７図の実施例においては、圧電センサ１とＯＰｌの入
力端子（へ）との間に結合コンデンサＣｏを接続し、圧
電センサ１側に直流電流が流れないようにして絶縁抵抗
の低下による動作点の変動を防止しである。
また結合コンデンサＣｏの容量を圧電センサ１の容量Ｃ
ｓよりも充分に大きな値に選ぶことにより、チャージア
ンプ２のゲインには実質的に影響を与えない。
ｓよりも充分に大きな値に選ぶことにより、チャージア
ンプ２のゲインには実質的に影響を与えない。
なお圧電センサ１に静的電荷がたまるような場合には、
必要に応じて放電用の抵抗Ｒｏを圧電センサ１に並列に
接続すればよい。
必要に応じて放電用の抵抗Ｒｏを圧電センサ１に並列に
接続すればよい。
また第７図においては、ＯＰｌの入力端子（ト）とコモ
ン間にコンデンサＣ６を接続し、電源供給ラインからの
ノイズを有効に除去できるようにしである。
ン間にコンデンサＣ６を接続し、電源供給ラインからの
ノイズを有効に除去できるようにしである。
なお上述では、圧電センサ１に生ずる電荷量をチャージ
アンプ２で交流電圧に変換してフィルタ回路３に与える
場合を例示したが、圧電センサ１に生ずる電圧を直接ま
たは増幅した後フィルタ回路３に与えるようにしてもよ
い。
アンプ２で交流電圧に変換してフィルタ回路３に与える
場合を例示したが、圧電センサ１に生ずる電圧を直接ま
たは増幅した後フィルタ回路３に与えるようにしてもよ
い。
以上設問したように本発明においては、ローパスフィル
タとして演算増幅器とインピーダンス素子とを組合せた
アクティブフィルタを用いるとともに、演算増幅器の入
出力間にツェナーダイオードを接続して、信号電圧があ
るレベル以上になったときアクティブフィルタ出力の振
幅を制限し、フィルタ特性を解除するようにしているの
で、低流速時における管路振動等の高周波ノイズの影響
および高流速時における低周波ノイズの影響を簡単な構
成で有効に除去し、渦信号を低流速から高流速まで良好
なＳ／Ｎで検出できる圧電素子をセンサとする渦流量計
が得られる。
タとして演算増幅器とインピーダンス素子とを組合せた
アクティブフィルタを用いるとともに、演算増幅器の入
出力間にツェナーダイオードを接続して、信号電圧があ
るレベル以上になったときアクティブフィルタ出力の振
幅を制限し、フィルタ特性を解除するようにしているの
で、低流速時における管路振動等の高周波ノイズの影響
および高流速時における低周波ノイズの影響を簡単な構
成で有効に除去し、渦信号を低流速から高流速まで良好
なＳ／Ｎで検出できる圧電素子をセンサとする渦流量計
が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示す電気的接続図、第２図
〜第６図はその動作設問図、第７図は本発明の別の実施
例を示す電気的接続図である。 １・・・・・・圧電センサ、２・・・・・・チャージア
ンプ、３・・・・・・フィルタ回路、４・・・・・・直
列回路、ＯＰ、、ＯＰ２・・・・・・演算増幅器、ＺＤ
・・・・・・ツェナーダイオード。
〜第６図はその動作設問図、第７図は本発明の別の実施
例を示す電気的接続図である。 １・・・・・・圧電センサ、２・・・・・・チャージア
ンプ、３・・・・・・フィルタ回路、４・・・・・・直
列回路、ＯＰ、、ＯＰ２・・・・・・演算増幅器、ＺＤ
・・・・・・ツェナーダイオード。
Claims (1)
- １ 測定流体の流速に応じて生ずる渦信号を圧電センサ
で検知しこれを交流の信号電圧に変換後口−パスフィル
タを介して取り出すようにした渦流量計であって、前記
ローパスフィルタとして演算増幅器とインピーダンス素
子とを組合せたアクティブフィルタを用いるとともに、
演算増幅器の入出力間にツェナーダイオードを接続して
、信号電圧があるレベル以上になったときアクティブフ
ィルタ出力の振幅を制限し、フィルタ特性を解除するよ
うにしたことを特徴とする渦流量計。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53061903A JPS5857687B2 (ja) | 1978-05-24 | 1978-05-24 | 渦流量計 |
| GB7843433A GB2008752B (en) | 1977-11-14 | 1978-11-07 | Vortex flow meter |
| BR7807367A BR7807367A (pt) | 1977-11-14 | 1978-11-08 | Medidor de fluxo de vortice e medidor trifilar |
| DE2848489A DE2848489C2 (de) | 1977-11-14 | 1978-11-08 | Wirbelströmungsmesser |
| US05/959,323 US4201084A (en) | 1977-11-14 | 1978-11-09 | Vortex flow meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53061903A JPS5857687B2 (ja) | 1978-05-24 | 1978-05-24 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54153660A JPS54153660A (en) | 1979-12-04 |
| JPS5857687B2 true JPS5857687B2 (ja) | 1983-12-21 |
Family
ID=13184562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53061903A Expired JPS5857687B2 (ja) | 1977-11-14 | 1978-05-24 | 渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5857687B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6033056A (ja) * | 1983-08-02 | 1985-02-20 | Seikosha Co Ltd | 加速度検出方法 |
-
1978
- 1978-05-24 JP JP53061903A patent/JPS5857687B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54153660A (en) | 1979-12-04 |
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