JPS6014289B2 - 流速流量測定装置 - Google Patents
流速流量測定装置Info
- Publication number
- JPS6014289B2 JPS6014289B2 JP55037709A JP3770980A JPS6014289B2 JP S6014289 B2 JPS6014289 B2 JP S6014289B2 JP 55037709 A JP55037709 A JP 55037709A JP 3770980 A JP3770980 A JP 3770980A JP S6014289 B2 JPS6014289 B2 JP S6014289B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- vortex generator
- vortex
- electrode part
- measuring device
- Prior art date
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- Expired
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、カルマン渦を利用した流速流量測定装置に関
するものである。
するものである。
本発明の目的は、構造堅牢にして、耐熱、耐久力を有し
、外部振動ノイズに強い流速流量測定装置を提供するに
ある。
、外部振動ノイズに強い流速流量測定装置を提供するに
ある。
第１図は本発明の一実施例を一部断面で示す構成斜視図
、第２図は第１図の要部断面図、第３図は第１図装置に
用いられている電極部斜視図である。
、第２図は第１図の要部断面図、第３図は第１図装置に
用いられている電極部斜視図である。
これらの図において、１は被測定流体が流れる管路、２
はこの管路内に配置され管路内に渦を発生させる渦発生
体で、渦の生成を検出する検出手段としての役目をもし
ている。
はこの管路内に配置され管路内に渦を発生させる渦発生
体で、渦の生成を検出する検出手段としての役目をもし
ている。
この渦発生体２の一方の端は、管壁にネジ３によって固
定され、また他方の端は管路外に延長され、フランジ４
において例えばネジあるいは溶接によって固定されてい
る。なお、渦発生体２の一端は管肇に固定しなくともよ
い。渦発生体２の一方の端には、その軸方向に延びる凹
部２１が形成されており、この凹部２１に電極部５が渦
発生体２の一方の端から凹部の側壁と僅かな間隔を隔て
て挿入配置されている。この電極部５は、第３図にその
斜視図を示すように、フランジ５３をもった円柱状部材
で構成されており、円柱表面に軸方向に平行して並ぶ二
個の電極部５１，５２が形成されている。ここで円柱状
部材としては、例えば高熱に耐えるセラミックが用いら
れ、この表面に例えばスパッタ、蒸着、筋付等の手段で
電極部５１，５２が形成される。各電極部５１，５２の
表面は、必要に応じて、コーティングするようにしても
よい。６１，６２は電極部５１，５２に接続されるリー
ド線で、ここでは熱に対する影響を考慮して円柱状部材
の内部を通って外部に導びかれている。
定され、また他方の端は管路外に延長され、フランジ４
において例えばネジあるいは溶接によって固定されてい
る。なお、渦発生体２の一端は管肇に固定しなくともよ
い。渦発生体２の一方の端には、その軸方向に延びる凹
部２１が形成されており、この凹部２１に電極部５が渦
発生体２の一方の端から凹部の側壁と僅かな間隔を隔て
て挿入配置されている。この電極部５は、第３図にその
斜視図を示すように、フランジ５３をもった円柱状部材
で構成されており、円柱表面に軸方向に平行して並ぶ二
個の電極部５１，５２が形成されている。ここで円柱状
部材としては、例えば高熱に耐えるセラミックが用いら
れ、この表面に例えばスパッタ、蒸着、筋付等の手段で
電極部５１，５２が形成される。各電極部５１，５２の
表面は、必要に応じて、コーティングするようにしても
よい。６１，６２は電極部５１，５２に接続されるリー
ド線で、ここでは熱に対する影響を考慮して円柱状部材
の内部を通って外部に導びかれている。
この電極部５は、渦発生体の凹部に電極部５１，５２と
が流れ方向に対して左右対称に配置されるように挿入さ
れ、凹部２１の側壁と各電極部５１，５２との間でコン
デンサを形成する。而して、渦発生体２の部分と、電極
部５の部分、それぞれの質量と曲げ剛性との比が等しく
なるように構成されている。
が流れ方向に対して左右対称に配置されるように挿入さ
れ、凹部２１の側壁と各電極部５１，５２との間でコン
デンサを形成する。而して、渦発生体２の部分と、電極
部５の部分、それぞれの質量と曲げ剛性との比が等しく
なるように構成されている。
このように構成した装置の動作は次の通りである。
管路１内に流体が流れると、渦発生体２の両側からカル
マン渦が交互に規則的に発生し、この渦の発生に伴って
渦発生体２はその方向が交互に変る揚力を受ける。渦発
生体２が揚力を受けると、渦発生体２は第４図に示すよ
うにこの揚力に対応して僅かに変位する。渦発生体２の
揚力に伴う変位量６は、渦発生体２の形状、凹部側壁の
肉厚、片側固定か両側固定か等、種々の設計条件で変わ
るが、実用上は０．０２仏ｍ程度といった僅かな変位量
が得られればよい。渦発生体２が、このように揚力によ
って変位すると、凹部の側壁は電極部５１，５２の面に
対して変位し、側壁と各電極部５１，５２間の距離が変
わってその容量が変化する。ここで、電極部５は各電極
部５１，５２が第２図に示すように被測定流体の流れ方
向に対して左右対称に配置されるように凹部５に挿入さ
れているので、電極部５竃と側壁との間で形成される容
量ＣＩと、電極部６２と側壁との間で形成される容量Ｃ
２とは、渦発生体２のカルマン渦の揚力による変位（流
れ方向と直角な方向の変位）に対して互に差動的に変位
することとなる。また、流れ方向と同じ方向の振動ノイ
ズ等による変位に対しては同相的に変位することとなる
。第５図は、各電極部５１，５２と側壁との間の容量変
化を検出するための電気回路の一例を示す接続図である
。
マン渦が交互に規則的に発生し、この渦の発生に伴って
渦発生体２はその方向が交互に変る揚力を受ける。渦発
生体２が揚力を受けると、渦発生体２は第４図に示すよ
うにこの揚力に対応して僅かに変位する。渦発生体２の
揚力に伴う変位量６は、渦発生体２の形状、凹部側壁の
肉厚、片側固定か両側固定か等、種々の設計条件で変わ
るが、実用上は０．０２仏ｍ程度といった僅かな変位量
が得られればよい。渦発生体２が、このように揚力によ
って変位すると、凹部の側壁は電極部５１，５２の面に
対して変位し、側壁と各電極部５１，５２間の距離が変
わってその容量が変化する。ここで、電極部５は各電極
部５１，５２が第２図に示すように被測定流体の流れ方
向に対して左右対称に配置されるように凹部５に挿入さ
れているので、電極部５竃と側壁との間で形成される容
量ＣＩと、電極部６２と側壁との間で形成される容量Ｃ
２とは、渦発生体２のカルマン渦の揚力による変位（流
れ方向と直角な方向の変位）に対して互に差動的に変位
することとなる。また、流れ方向と同じ方向の振動ノイ
ズ等による変位に対しては同相的に変位することとなる
。第５図は、各電極部５１，５２と側壁との間の容量変
化を検出するための電気回路の一例を示す接続図である
。
いま、各電極部５１，５２の面積をＳ、各電極部面と凹
部側壁との間のギャップをｄ、空気の誘電率をご０とす
れば、容量Ｃは｛１｝式で与えられる。Ｃ＝ＣＩ＝Ｃ２ ＝ご。
部側壁との間のギャップをｄ、空気の誘電率をご０とす
れば、容量Ｃは｛１｝式で与えられる。Ｃ＝ＣＩ＝Ｃ２ ＝ご。
‐き ‘１１ここで、渦発生体２がカルマン渦
による揚力で変位し、ギャップｄが△ｄ変位したとすれ
ば、容量の変位量△Ｃは‘２｝式で表わすことができる
。
による揚力で変位し、ギャップｄが△ｄ変位したとすれ
ば、容量の変位量△Ｃは‘２｝式で表わすことができる
。
△ｃ＝−ｃ・羊 【２｝例えば、電極の面積Ｓ
を８０仇岬２、ギャップｄを０．１肋とした場合、容量
Ｃは７他Ｆとなり、前記した側壁の変位量が０．０２仏
ｍである場合、そのときの容量変化△Ｃは７×１０‐２
ｐＦとなる。
を８０仇岬２、ギャップｄを０．１肋とした場合、容量
Ｃは７他Ｆとなり、前記した側壁の変位量が０．０２仏
ｍである場合、そのときの容量変化△Ｃは７×１０‐２
ｐＦとなる。
各容量ＣＩ，Ｃ２は、ブリッジ回路Ｂの対辺に接続され
、渦の揚力変化による容量変化△Ｃは菱動的に検出され
、一方、ノイズ振動による同相的に変化する容量変化は
ここで相殺される。このように構成した装置は、渦発生
体２に作用する揚力を凹部側壁の僅かな変位変化とし、
この僅かな変位変化を差動的に容量変化として電気的に
検出し、被測定流体の流速に対応した数のパルス信号を
得るもので、全体構成を堅牢にでき、また、圧電素子や
ストレーンゲージ等の検出素子を用いるものでないこと
から、高温に耐え、しかもノイズ振動に影響されず高感
度であるという特長がある。また、電極部を凹部内に挿
入配置する構造とすることによって、製作が容易であり
、また電極部の点検、取換等を行なうことができる。な
お、第１図に示す装置において、凹部２１と電極部５と
の間にできるギャップを真空に維持するか、あるいはＨ
ｅ，Ａ言等の不活性ガスを封入するようにしてもよい。
この場合、電極部５の着脱は制限されるが、高温におい
て電極等の酸化を防ぐことが可能となり、更に耐熱性を
向上させることができる。次に、管路振動等の外部ノイ
ズの影響に対する動作について説明する。
、渦の揚力変化による容量変化△Ｃは菱動的に検出され
、一方、ノイズ振動による同相的に変化する容量変化は
ここで相殺される。このように構成した装置は、渦発生
体２に作用する揚力を凹部側壁の僅かな変位変化とし、
この僅かな変位変化を差動的に容量変化として電気的に
検出し、被測定流体の流速に対応した数のパルス信号を
得るもので、全体構成を堅牢にでき、また、圧電素子や
ストレーンゲージ等の検出素子を用いるものでないこと
から、高温に耐え、しかもノイズ振動に影響されず高感
度であるという特長がある。また、電極部を凹部内に挿
入配置する構造とすることによって、製作が容易であり
、また電極部の点検、取換等を行なうことができる。な
お、第１図に示す装置において、凹部２１と電極部５と
の間にできるギャップを真空に維持するか、あるいはＨ
ｅ，Ａ言等の不活性ガスを封入するようにしてもよい。
この場合、電極部５の着脱は制限されるが、高温におい
て電極等の酸化を防ぐことが可能となり、更に耐熱性を
向上させることができる。次に、管路振動等の外部ノイ
ズの影響に対する動作について説明する。
第６図は片持支持の場合の原理的説明図で、凶は流れゼ
ロの状態を示し、‘Ｂ｝‘ま流れゼロの状態でし管路全
体が外部振動（ポンプやその他の配管振動）により励振
されている場合を示す。
ロの状態を示し、‘Ｂ｝‘ま流れゼロの状態でし管路全
体が外部振動（ポンプやその他の配管振動）により励振
されている場合を示す。
今、外部振動の振動加速度をＱ（Ｇ）、渦発生体２の部
分（その支持部分を含む）の質量をＭＶ、電極部５の部
分（その支持部を含む）の質量をＭＥとすると、各々に
作用する力Ｆｖ、ＦＥは次の如くなる。
分（その支持部分を含む）の質量をＭＶ、電極部５の部
分（その支持部を含む）の質量をＭＥとすると、各々に
作用する力Ｆｖ、ＦＥは次の如くなる。
Ｆｖ＝Ｍｖ×Ｑｇ “””｛１’
ＦＢ＝Ｍ８×Ｑｇ ”””【２１
力Ｆｖ、ＦＢの作用力により、渦発生体２及び電極部５
の部分はたわむ。
ＦＢ＝Ｍ８×Ｑｇ ”””【２１
力Ｆｖ、ＦＢの作用力により、渦発生体２及び電極部５
の部分はたわむ。
支持点からｘの距離でのたわみをそれぞれａｖ，ａＥと
すると、刻＝鎧砦｛芸くき）２−葦（号）３ 十壱２（亨）４｝ ‐‐‐…｛３１ａＥ＝菱雫｛
享（き）２−葦（亨）３ 十毛（亨〉４｝ ‐‐‐…■ 但し夕；渦発生体２、電極部５の長さ Ｅ；縦弾性係数 １：断面二次モーメント となる。
すると、刻＝鎧砦｛芸くき）２−葦（号）３ 十壱２（亨）４｝ ‐‐‐…｛３１ａＥ＝菱雫｛
享（き）２−葦（亨）３ 十毛（亨〉４｝ ‐‐‐…■ 但し夕；渦発生体２、電極部５の長さ Ｅ；縦弾性係数 １：断面二次モーメント となる。
本発明においては、Ｍｖ−ＭＥ
……｛５）Ｅｖｌｖ一ＥＥｂに構成されているので
、‘３’｛４１式よりたわみ量ａｖ＝ａＥとなる。
……｛５）Ｅｖｌｖ一ＥＥｂに構成されているので
、‘３’｛４１式よりたわみ量ａｖ＝ａＥとなる。
したがって、ギャップｄ，，らは変動しない。
この結果、振動ノイズを検出することがなく、特に、渦
発生信号のパワーが小さい、低流速城でのＳ／Ｎ比を向
上させ測定領域を広げられる。また、密度が小さく、し
たがって、渦発生信号のパワー（渦のパワー〆Ｌ６×Ｖ
２、ここで、６：密度、Ｖ；流速）が小さい気体等の測
定にも好適となり、測定可能対象領域を広げることがで
きる。次に、本発明装置の具体的設計の一例を示すと下
記の如くなる。渦発生体２をステンレス材使用 密度６ｖ＝８、Ｅｖ：２×１ぴｋｇ／娩 電極部５をセラミックのアルミナ材使用 密度８８＝３．８ Ｅ８＝３．５×１びｋ９／松渦発生
体２の外窪め１４肋、内軽◇８．５５柵とすれば電極部
５の外径？８．４５肌の円柱となる。
発生信号のパワーが小さい、低流速城でのＳ／Ｎ比を向
上させ測定領域を広げられる。また、密度が小さく、し
たがって、渦発生信号のパワー（渦のパワー〆Ｌ６×Ｖ
２、ここで、６：密度、Ｖ；流速）が小さい気体等の測
定にも好適となり、測定可能対象領域を広げることがで
きる。次に、本発明装置の具体的設計の一例を示すと下
記の如くなる。渦発生体２をステンレス材使用 密度６ｖ＝８、Ｅｖ：２×１ぴｋｇ／娩 電極部５をセラミックのアルミナ材使用 密度８８＝３．８ Ｅ８＝３．５×１びｋ９／松渦発生
体２の外窪め１４肋、内軽◇８．５５柵とすれば電極部
５の外径？８．４５肌の円柱となる。
第７図は本発明の他の実施例の構成説明図である。本実
施例においては、中空部２２を有する渦発生体２′に筒
状の電極部５′を挿入し、渦発生体２′及び電極部５′
の両端を管路１に固定する雨特構造としたもので、装置
全体をより堅固にできる。
施例においては、中空部２２を有する渦発生体２′に筒
状の電極部５′を挿入し、渦発生体２′及び電極部５′
の両端を管路１に固定する雨特構造としたもので、装置
全体をより堅固にできる。
なお、上述の実施例においては、渦発生体２に電極部５
が設けられていると説明したが、渦発体は管路１の上流
側に設けられており、下流に設けられた本発明装置で、
流速又は流量を測定するようにしてもよいことは勿論で
ある。
が設けられていると説明したが、渦発体は管路１の上流
側に設けられており、下流に設けられた本発明装置で、
流速又は流量を測定するようにしてもよいことは勿論で
ある。
なお、上述の実施例においては、凹部２１および電極部
５の断面形状は円形と説明したが、短形状あるいは他の
形状でもよい。
５の断面形状は円形と説明したが、短形状あるいは他の
形状でもよい。
また、電極部５には電極部５１，５２が対称に設けられ
ていると説明したが、電極部５１，１個のみ設けられた
ものであってもよいことは勿論である。
ていると説明したが、電極部５１，１個のみ設けられた
ものであってもよいことは勿論である。
また、渦発生体２の部分と電極部５の部分とにおける、
質量と曲げ剛性との比は正確に等しくなくても、ほぼ等
しければ振動ノイズの除去効果の大なるものが得られる
。
質量と曲げ剛性との比は正確に等しくなくても、ほぼ等
しければ振動ノイズの除去効果の大なるものが得られる
。
以上説明したように、本発明によれば、構造堅牢にして
、耐熱、耐久力に有し、外部振動ノイズに強い流速流量
測定装置を実現することができる。
、耐熱、耐久力に有し、外部振動ノイズに強い流速流量
測定装置を実現することができる。
第１図は本発明の一実施例を一部断面で示す構成斜視図
、第２図は第１図の要部断面図、第３図は第１図装置に
用いられる電極部斜視図、第４図は第１図装置の動作説
明図、第５図は電気回路の一例を示す接続図、第６図Ａ
，Ｂは外部ノイズの影響に対する動作説明図、第７図は
本発明の他の実施例の構成説明図である。 １…・・・管路、２・・・・・・渦発生体、２１・・・
・・・凹部、２２・・・・・・中空部、３・・・・・・
ネジ、４・・・・・・フランジ、６・・・・・・電極部
、５１，５２・・・・・・電極。 〆３楓〆７函 Ｘ′図 ズＺ囚 〆４四 〆Ｊ図 ズｊ図
、第２図は第１図の要部断面図、第３図は第１図装置に
用いられる電極部斜視図、第４図は第１図装置の動作説
明図、第５図は電気回路の一例を示す接続図、第６図Ａ
，Ｂは外部ノイズの影響に対する動作説明図、第７図は
本発明の他の実施例の構成説明図である。 １…・・・管路、２・・・・・・渦発生体、２１・・・
・・・凹部、２２・・・・・・中空部、３・・・・・・
ネジ、４・・・・・・フランジ、６・・・・・・電極部
、５１，５２・・・・・・電極。 〆３楓〆７函 Ｘ′図 ズＺ囚 〆４四 〆Ｊ図 ズｊ図
Claims (1)
- １ 被測定流体中に配置され中空部を有する柱状の物体
と、該物体の中空部にギヤツプを隔てゝ同心状に配置さ
れた柱状の電極部を挿入し、前記中空部壁と前記電極部
との間で形成される容量を検出すると共に、その質量と
曲げ剛性との比が前記渦発生体の部分と、前記電極部の
部分とで等しくなるように構成されてなる流速流量測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55037709A JPS6014289B2 (ja) | 1980-03-24 | 1980-03-24 | 流速流量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55037709A JPS6014289B2 (ja) | 1980-03-24 | 1980-03-24 | 流速流量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56133663A JPS56133663A (en) | 1981-10-19 |
| JPS6014289B2 true JPS6014289B2 (ja) | 1985-04-12 |
Family
ID=12505043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55037709A Expired JPS6014289B2 (ja) | 1980-03-24 | 1980-03-24 | 流速流量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6014289B2 (ja) |
-
1980
- 1980-03-24 JP JP55037709A patent/JPS6014289B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56133663A (en) | 1981-10-19 |
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