JPS60244816A - カルマン渦流量計 - Google Patents
カルマン渦流量計Info
- Publication number
- JPS60244816A JPS60244816A JP59100697A JP10069784A JPS60244816A JP S60244816 A JPS60244816 A JP S60244816A JP 59100697 A JP59100697 A JP 59100697A JP 10069784 A JP10069784 A JP 10069784A JP S60244816 A JPS60244816 A JP S60244816A
- Authority
- JP
- Japan
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- diaphragm
- karman vortex
- vortex
- plate
- light
- Prior art date
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- Pending
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-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、流体の流れの中に挿入した柱状物体の下流側
の両側面に発生するカルマン渦列の周波数を検出して、
流体の流速または流量を計測するカルマン渦流量計に関
する。
の両側面に発生するカルマン渦列の周波数を検出して、
流体の流速または流量を計測するカルマン渦流量計に関
する。
一般に、この種の流量計において、柱状物体の下流に発
生ずるカルマン渦列は低流速域では非常に弱くなり、そ
のため渦の検出には高感度の検出器が必要である。高感
度の渦検出器としては、例えば熱線を用いた装置がある
が、この装置は微少なアナログ信号を電気的に増幅する
ので、検出器および検出回路の温度特性や安定度か計測
精度や計測範囲に及ぼず影響が大きい。すなわち、この
種低流速域の渦の検出のために用いられる渦検出器とし
ては、これらの影響を受けにくり、かつ高感度なものが
要求される。ところで、この種の男ルマン渦流量計とし
て本件出願人は、既に次のようなものを提案している（
特願昭５６−１７９０７１号）。
生ずるカルマン渦列は低流速域では非常に弱くなり、そ
のため渦の検出には高感度の検出器が必要である。高感
度の渦検出器としては、例えば熱線を用いた装置がある
が、この装置は微少なアナログ信号を電気的に増幅する
ので、検出器および検出回路の温度特性や安定度か計測
精度や計測範囲に及ぼず影響が大きい。すなわち、この
種低流速域の渦の検出のために用いられる渦検出器とし
ては、これらの影響を受けにくり、かつ高感度なものが
要求される。ところで、この種の男ルマン渦流量計とし
て本件出願人は、既に次のようなものを提案している（
特願昭５６−１７９０７１号）。
第１図はかかる従来装置の全体構成図、第１Ａ図は第１
図における渦検出器の断面構造図、第１Ｂ図はその要部
である振動部材の平面図である。
図における渦検出器の断面構造図、第１Ｂ図はその要部
である振動部材の平面図である。
第１図において、１は測定流体を流す管路、２はカルマ
ン渦を発生させるための一対の渦発生体、３は渦検出器
である。渦検出器３は、第１Ａ図に詳しく示されるよう
に、下部プレート１３と振動部材８と上部プレート１２
との積層構造になっており、振動部材８は、同図の紙面
に垂直な方向に延びる一対のスパンバンド１０１，１０
２によって引っ張られた状態で上、下プレー１−１２．
１３の間に挾まれて保持されるとともに、この上、下プ
レート１２．１３とで形成された部屋１６内で、前記ス
パンハンド１０１，１０２を中心として振動板９が捩り
振動できる構造となっている。この振動板９の一面（第
１Ａ図の下側）の両端には、渦発生体２の流れにほぼ平
行な両側面に開けたスリット７１および７２と、それに
連；ｍする導圧孔２０１および２０２を介して発生した
渦による圧力変化が導かれている。一方、振動板９の反
対側の面（第１Ａ図の上側）には、発光素子２３および
受光素子２４がちょうど振動板９の回転中心線近傍でそ
れぞれの光軸が一致するように設けである。なお、第１
Ａ図に示される２５は、受光素子２４の信号を処理して
渦周波数に対応したパルスを出力するための電気回路で
ある。また、第１図において、４は上流柱状体、５は下
流柱状体、６は隙間、２９は整流格子である。同様に、
第１Ａ図の１５はフランジであり、第１Ｂ図の１１は振
動部材の枠部である。
ン渦を発生させるための一対の渦発生体、３は渦検出器
である。渦検出器３は、第１Ａ図に詳しく示されるよう
に、下部プレート１３と振動部材８と上部プレート１２
との積層構造になっており、振動部材８は、同図の紙面
に垂直な方向に延びる一対のスパンバンド１０１，１０
２によって引っ張られた状態で上、下プレー１−１２．
１３の間に挾まれて保持されるとともに、この上、下プ
レート１２．１３とで形成された部屋１６内で、前記ス
パンハンド１０１，１０２を中心として振動板９が捩り
振動できる構造となっている。この振動板９の一面（第
１Ａ図の下側）の両端には、渦発生体２の流れにほぼ平
行な両側面に開けたスリット７１および７２と、それに
連；ｍする導圧孔２０１および２０２を介して発生した
渦による圧力変化が導かれている。一方、振動板９の反
対側の面（第１Ａ図の上側）には、発光素子２３および
受光素子２４がちょうど振動板９の回転中心線近傍でそ
れぞれの光軸が一致するように設けである。なお、第１
Ａ図に示される２５は、受光素子２４の信号を処理して
渦周波数に対応したパルスを出力するための電気回路で
ある。また、第１図において、４は上流柱状体、５は下
流柱状体、６は隙間、２９は整流格子である。同様に、
第１Ａ図の１５はフランジであり、第１Ｂ図の１１は振
動部材の枠部である。
したがって、以上の様な構成によれば、渦発生体２の下
流側近傍に交互に発生する渦の圧力変化が、スリット７
１および導圧孔２０１またはスリット７２および導圧孔
２０２を介し′ζ振動板９の両端に交互に作用するので
、振動板９は一対の渦の発生に対応して捩り振動をする
。振動板９の表面は鏡面状態にしであるので、これが捩
り振動をすると、振動板表面からの反射光量も周期的に
変動するので、これを受光素子２４で検出することによ
り、渦周波数に対応した光信号が得られるのである。
流側近傍に交互に発生する渦の圧力変化が、スリット７
１および導圧孔２０１またはスリット７２および導圧孔
２０２を介し′ζ振動板９の両端に交互に作用するので
、振動板９は一対の渦の発生に対応して捩り振動をする
。振動板９の表面は鏡面状態にしであるので、これが捩
り振動をすると、振動板表面からの反射光量も周期的に
変動するので、これを受光素子２４で検出することによ
り、渦周波数に対応した光信号が得られるのである。
この方式は渦の圧力変化で直接振動ミラー（振動板）を
動かしてその振動を光学的に検出するので、構造が簡単
で、電磁ノイズの影響を受けない利点を有する反面、よ
り低流量域の渦を検出するには、渦の圧力変化も非常に
小さくなるため、検出感度が不十分であるという難点が
ある。
動かしてその振動を光学的に検出するので、構造が簡単
で、電磁ノイズの影響を受けない利点を有する反面、よ
り低流量域の渦を検出するには、渦の圧力変化も非常に
小さくなるため、検出感度が不十分であるという難点が
ある。
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、低流量域
での渦も検出できる、より高感度の渦検出器を備えたカ
ルマン渦流量計を提供することを目的とする。
での渦も検出できる、より高感度の渦検出器を備えたカ
ルマン渦流量計を提供することを目的とする。
本発明は、カルマン渦発生体の両側近傍に交互に発生す
る圧力変動を受けて振動する振動板に対して、２つの光
学的変位検出手段をその各出力が互いに逆位相となるよ
うに対向配置し、その２つの止力差から振動板の変位周
波数を検出することにより、高感度の検出ができるよう
にしたものである。
る圧力変動を受けて振動する振動板に対して、２つの光
学的変位検出手段をその各出力が互いに逆位相となるよ
うに対向配置し、その２つの止力差から振動板の変位周
波数を検出することにより、高感度の検出ができるよう
にしたものである。
第２図は本発明による渦検出器の断面構造を示す構成図
、第２Ａ図はそのＡ−Ａ線に沿う断面図、第２Ｂ図は本
発明の詳細な説明するための渦検出器正面図、第２Ｃ図
は同じくその側面図、第２Ｄ図は受光素子の出力特性を
示す特性図、第２Ｅ図は渦検出回路の構成を示すブロッ
ク図、第２Ｆ図はその各部動作波形を示す波形図、第３
図は本発明の他の実施例を説明するだめの原理構成図で
、同（イ）はその正面図、（ロ）は側面図である。
、第２Ａ図はそのＡ−Ａ線に沿う断面図、第２Ｂ図は本
発明の詳細な説明するための渦検出器正面図、第２Ｃ図
は同じくその側面図、第２Ｄ図は受光素子の出力特性を
示す特性図、第２Ｅ図は渦検出回路の構成を示すブロッ
ク図、第２Ｆ図はその各部動作波形を示す波形図、第３
図は本発明の他の実施例を説明するだめの原理構成図で
、同（イ）はその正面図、（ロ）は側面図である。
第２図または第２Ａ図に示される５１および５２は、振
動板９の変位を検出するためのセンサであり、それぞれ
一対の発、受光素子５１１，５１２および５２１，５２
２から構成されている。例えば、一方の発、受光素子５
１１．５１２は第２Ｃ図の如く、各素子の光軸が振動板
９の下面ＢＫで一致するように、振動板９に対して所定
の距離および角度をもって配置されており、この点は他
方の素子５２１，５２２についても同様である。
動板９の変位を検出するためのセンサであり、それぞれ
一対の発、受光素子５１１，５１２および５２１，５２
２から構成されている。例えば、一方の発、受光素子５
１１．５１２は第２Ｃ図の如く、各素子の光軸が振動板
９の下面ＢＫで一致するように、振動板９に対して所定
の距離および角度をもって配置されており、この点は他
方の素子５２１，５２２についても同様である。
また、第２図に示される５７は、各センサ５１゜５２の
受光素子５１２，５２２の各出力を処理して渦周波数に
対応したパルス信号を出力するための電気回路であり、
これは第２Ｅ図に示される如く差動増幅回路５７１、比
較回路５７２、コンデンサＣおよび負荷抵抗Ｒｔ等より
構成されている。
受光素子５１２，５２２の各出力を処理して渦周波数に
対応したパルス信号を出力するための電気回路であり、
これは第２Ｅ図に示される如く差動増幅回路５７１、比
較回路５７２、コンデンサＣおよび負荷抵抗Ｒｔ等より
構成されている。
なお、第２図に示されるその他の符号は、第１Ａ図と同
様であるので、説明は省略する。
様であるので、説明は省略する。
次に、動作を説明する。
今、渦の圧力変化によって振動板９が第２Ｂ図の点線に
て示すように反時計方向に傾くと、この振動板９とセン
サ５１，５２との距離が変化する。
て示すように反時計方向に傾くと、この振動板９とセン
サ５１，５２との距離が変化する。
そして、一般に、この種の光学系においては、受光素子
５１２および５２２に入射する光量は反射板との距離に
よって第２Ｄ図の曲線ＯＡＢのように変化し、ちょうど
反射板９上で発、受光素子の光軸が一致した時極大値を
とる。この点について、本実施例では第２Ｃ図のごとく
、発、受光素子５１１．５１２および５２１．５２２の
各光軸が振動板９の背後面ＢＫで一致するようにしであ
るので、受光素子５１２および５２２に人別する反射光
量はそれぞれＰ＋、Ｐｚの如くなる。すなわち、振動板
９の捩り振動に伴って受光素子５１２，５２２に入射す
る光量は互いに逆位相となることがわかる。従って、第
２Ｅ図に示すように、受光素子５１２，５２２から抵抗
Ｒ，コンデンサＣからなるフィルタを介してとり出した
第２Ｆ図（イ）の如き交流信号ｅ１と０２の差を、第２
Ｅ図の差動増幅器５７１を介して第２Ｆ図（ロ）の如く
取り出せば、両者の和の信号が容易に得られ、振動板９
の変位が同しでも、１組の光素子を用いた場合の約２倍
（ａｌ ＋２２ ）の出力を得ることができる。つまり
、この例では、二組の光センサ５１゜５２の差を取るよ
うにしているので、垂直方向の外部振動等による振動板
９の上下動に伴う光量変化分は打ち消されてしまい、し
たがって、ＳＮ比良く渦の信号を検出できる利点が得ら
れる。
５１２および５２２に入射する光量は反射板との距離に
よって第２Ｄ図の曲線ＯＡＢのように変化し、ちょうど
反射板９上で発、受光素子の光軸が一致した時極大値を
とる。この点について、本実施例では第２Ｃ図のごとく
、発、受光素子５１１．５１２および５２１．５２２の
各光軸が振動板９の背後面ＢＫで一致するようにしであ
るので、受光素子５１２および５２２に人別する反射光
量はそれぞれＰ＋、Ｐｚの如くなる。すなわち、振動板
９の捩り振動に伴って受光素子５１２，５２２に入射す
る光量は互いに逆位相となることがわかる。従って、第
２Ｅ図に示すように、受光素子５１２，５２２から抵抗
Ｒ，コンデンサＣからなるフィルタを介してとり出した
第２Ｆ図（イ）の如き交流信号ｅ１と０２の差を、第２
Ｅ図の差動増幅器５７１を介して第２Ｆ図（ロ）の如く
取り出せば、両者の和の信号が容易に得られ、振動板９
の変位が同しでも、１組の光素子を用いた場合の約２倍
（ａｌ ＋２２ ）の出力を得ることができる。つまり
、この例では、二組の光センサ５１゜５２の差を取るよ
うにしているので、垂直方向の外部振動等による振動板
９の上下動に伴う光量変化分は打ち消されてしまい、し
たがって、ＳＮ比良く渦の信号を検出できる利点が得ら
れる。
なお、ここで用いられる二組の発受光素子は、前述の説
明のごとく互いに特性かは５そろっていることが必要で
あるが、第２Ｅ図の負荷抵抗ＲＬを調整することにより
、容易に特性をそろえることができる。
明のごとく互いに特性かは５そろっていることが必要で
あるが、第２Ｅ図の負荷抵抗ＲＬを調整することにより
、容易に特性をそろえることができる。
以上の実施例では、発、受光素子の光軸を振動ミラー（
振動板）の背後で一致するよう光学系を構成しているが
、勿論これに限るものではなく、その光軸をミラー（振
動板）の前面（第２Ｃ図ＦＴ参照）で一致させるよう構
成してもよく、この場合は曲＆’！／１１．Ｂの部分を
使用する等して同等の効果を得ることができる。
振動板）の背後で一致するよう光学系を構成しているが
、勿論これに限るものではなく、その光軸をミラー（振
動板）の前面（第２Ｃ図ＦＴ参照）で一致させるよう構
成してもよく、この場合は曲＆’！／１１．Ｂの部分を
使用する等して同等の効果を得ることができる。
また、光素子としては本実施例のごとく、別々の発光、
受光素子で構成するのではなく、第３図（イ）または（
ロ）に示すような発光および受光素子を一層の基板上に
乗せて樹脂等のケース内に収納した、一体型の反射セン
サ５１，５２を利用することも可能で、この場合は一層
小型化され、コストが低下する利点がある。なお、第３
図（ロ）の記号６０は仕切板である。さらにまた、発、
受光素子を直接渦検出部に設けるのではなく、光ファイ
バ等の光伝達手段を介して光量変化を検出するようにし
てもよく、この場合は更に小型化できる利点がある。
受光素子で構成するのではなく、第３図（イ）または（
ロ）に示すような発光および受光素子を一層の基板上に
乗せて樹脂等のケース内に収納した、一体型の反射セン
サ５１，５２を利用することも可能で、この場合は一層
小型化され、コストが低下する利点がある。なお、第３
図（ロ）の記号６０は仕切板である。さらにまた、発、
受光素子を直接渦検出部に設けるのではなく、光ファイ
バ等の光伝達手段を介して光量変化を検出するようにし
てもよく、この場合は更に小型化できる利点がある。
以上のように、本発明によれば、流体の流れの中に挿入
したカルマン渦発生体の両側面近傍に交互に生じる圧力
変動を受けて捩り振動する板状部材の振動変位を検出す
る方法として、従来のごとく、板状部材の片面の回転中
心に一対の光学的変位検出手段を対向させるのと異なり
、板状部材の片面の両端にそれぞれ一対の光学的変位検
出手段を設けて、その差動出力を検出するよう構成した
ので、従来の約２倍の光感度が得られるとともに、板状
部材の上、下動を電気的に打ち消すことができ、ＳＮ比
も増加できる効果がある。また、二組の光学的変位検出
手段の感度を調整する方法として、受光素子の負荷抵抗
を調整するよう構成したので、調整が容易でコストの低
下を図ることができる利点がある。
したカルマン渦発生体の両側面近傍に交互に生じる圧力
変動を受けて捩り振動する板状部材の振動変位を検出す
る方法として、従来のごとく、板状部材の片面の回転中
心に一対の光学的変位検出手段を対向させるのと異なり
、板状部材の片面の両端にそれぞれ一対の光学的変位検
出手段を設けて、その差動出力を検出するよう構成した
ので、従来の約２倍の光感度が得られるとともに、板状
部材の上、下動を電気的に打ち消すことができ、ＳＮ比
も増加できる効果がある。また、二組の光学的変位検出
手段の感度を調整する方法として、受光素子の負荷抵抗
を調整するよう構成したので、調整が容易でコストの低
下を図ることができる利点がある。
第１図はカルマン渦流量計の従来例を示す全体構成図、
第１Ａ図は第１図における渦検出器の断面構造図、第１
Ｂ図は振動部材の平断面図、第２図はこの発明による渦
検出器の断面構造を示す構成図、第２Ａ図は第２図のＡ
−Ａ線に沿う断面図、第２Ｂ図はこの発明の詳細な説明
するための渦検出器正面図、第２Ｃ図は同しくその側面
図、第２Ｄ図は受光素子出力特性を示す特性図、第２Ｅ
図は渦検出回路の構成を示すブロック図、第２Ｆ図はそ
の各部動作波形を示す波形図、第３図はこの発明の他の
実施例を説明するだめの原理構成図で、同（イ）はその
正面図、（ロ）は側面図である。 符号説明 １・・・管路、２・・・渦発生体（柱状部材）、３・・
・渦検出器、４・・・上流側柱状部材、５・・・下流側
柱状部材、６・・・隙間、７１．７２・・・スリット、
８・・・振動部材、９・・・振動板、１０１，１０２・
・・スパンバンド、１１・・・枠、１２・・・上プレー
ト、１３・・・下プレート、１５・・・フランジ、１６
・・・振動室、２０１゜２０２・・・導圧孔、２３，５
１１．５１２・・・発光素子、２４，５２１，５２２川
受光素子、２５，５７・・・検出回路、５１．５２・・
・光センサ、５７１・・・差動増幅器、５７２・・・比
較回路、６ｏ・・・仕切板。 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第１Ａ図 第１Ｂ″ β 第２図 第２Ａ図 第２８Ｉｌ！ｌｌ 第２Ｃ図 第２ＥＩｌ 第３図 （４） （ロ）
第１Ａ図は第１図における渦検出器の断面構造図、第１
Ｂ図は振動部材の平断面図、第２図はこの発明による渦
検出器の断面構造を示す構成図、第２Ａ図は第２図のＡ
−Ａ線に沿う断面図、第２Ｂ図はこの発明の詳細な説明
するための渦検出器正面図、第２Ｃ図は同しくその側面
図、第２Ｄ図は受光素子出力特性を示す特性図、第２Ｅ
図は渦検出回路の構成を示すブロック図、第２Ｆ図はそ
の各部動作波形を示す波形図、第３図はこの発明の他の
実施例を説明するだめの原理構成図で、同（イ）はその
正面図、（ロ）は側面図である。 符号説明 １・・・管路、２・・・渦発生体（柱状部材）、３・・
・渦検出器、４・・・上流側柱状部材、５・・・下流側
柱状部材、６・・・隙間、７１．７２・・・スリット、
８・・・振動部材、９・・・振動板、１０１，１０２・
・・スパンバンド、１１・・・枠、１２・・・上プレー
ト、１３・・・下プレート、１５・・・フランジ、１６
・・・振動室、２０１゜２０２・・・導圧孔、２３，５
１１．５１２・・・発光素子、２４，５２１，５２２川
受光素子、２５，５７・・・検出回路、５１．５２・・
・光センサ、５７１・・・差動増幅器、５７２・・・比
較回路、６ｏ・・・仕切板。 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第１Ａ図 第１Ｂ″ β 第２図 第２Ａ図 第２８Ｉｌ！ｌｌ 第２Ｃ図 第２ＥＩｌ 第３図 （４） （ロ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｌ）流体の流れの中に挿入されるカルマン渦発生体の両
側面近傍に交互に発生ずる圧力変動を受けて振動する板
状部材を備えてなるカルマン渦流量計において、該板状
部材をその重心を含む回転軸に対して質量平衡となるよ
うに少なくとも一対のスパンハンドにて保持するととも
に、各々カ一対の発、受光素子からなる二つの光学的変
位検出手段をその各出力が互いに逆位相となるように前
記板状部材に対向配置し、該二つの出力差から板状部材
の変位周波数を検出することを特徴とするカルマン渦流
量計。 ２）前記各光学的変位検出手段の発、受光素子を互いに
個別に形成してなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のカルマン渦流量計。 ３）前記各光学的変位検出手段の発、受光素子を互いに
一体的に形成してなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のカルマン渦流量計。 ４）前記各光学的変位検出手段の感度をそろえるために
各受光素子出力を調整する調整手段を設けてなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のカルマン渦流
量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59100697A JPS60244816A (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | カルマン渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59100697A JPS60244816A (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | カルマン渦流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60244816A true JPS60244816A (ja) | 1985-12-04 |
Family
ID=14280912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59100697A Pending JPS60244816A (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | カルマン渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60244816A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58219415A (ja) * | 1982-06-15 | 1983-12-20 | Fuji Electric Co Ltd | カルマン渦流量計 |
-
1984
- 1984-05-21 JP JP59100697A patent/JPS60244816A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58219415A (ja) * | 1982-06-15 | 1983-12-20 | Fuji Electric Co Ltd | カルマン渦流量計 |
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