JPS6257205B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6257205B2 JPS6257205B2 JP57102673A JP10267382A JPS6257205B2 JP S6257205 B2 JPS6257205 B2 JP S6257205B2 JP 57102673 A JP57102673 A JP 57102673A JP 10267382 A JP10267382 A JP 10267382A JP S6257205 B2 JPS6257205 B2 JP S6257205B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vortex
- frequency
- vibrating member
- vibrator
- diaphragm
- Prior art date
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- Expired
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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
- G01F1/3209—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 using Karman vortices
- G01F1/3218—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 using Karman vortices bluff body design
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
- F02D41/185—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a vortex flow sensor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
- F02M69/46—Details, component parts or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus covered by groups F02M69/02 - F02M69/44
- F02M69/48—Arrangement of air sensors
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
Description
本発明は、流体の中に挿入される柱状物体の下
流側の両側面に発生するカルマン渦の圧力変動に
よつて振動部材を変位させて、この振動部材の振
動周波数から渦周波数を検出するようにしたカル
マ渦流量計に関する。
流側の両側面に発生するカルマン渦の圧力変動に
よつて振動部材を変位させて、この振動部材の振
動周波数から渦周波数を検出するようにしたカル
マ渦流量計に関する。
一般にこの種流量計は、渦の圧力変化を直接変
位又は力として検出するので構造が簡単となる利
点はあるが、渦の圧力を利用するので渦の圧力変
化が非常に弱い低流速域での感度を向上させるこ
とが重要である。 この種の従来装置のうち比較的感度の良いもの
としては振動部材を軽い樹脂等から成る板状部材
で形成し、これを回転軸の回りに回転自在に保持
するようにした装置がある。この装置は、板状部
材が渦の圧力に比例して変位するので、高流域で
渦の圧力が大きくなると過大な変位や力が加わ
り、精度良く渦が検出できなくなつたり破損する
欠点がある。また板状部材をたわませて歪を検出
するようにしたものとしては例えば特公昭55−
36933に示す装置がある。
位又は力として検出するので構造が簡単となる利
点はあるが、渦の圧力を利用するので渦の圧力変
化が非常に弱い低流速域での感度を向上させるこ
とが重要である。 この種の従来装置のうち比較的感度の良いもの
としては振動部材を軽い樹脂等から成る板状部材
で形成し、これを回転軸の回りに回転自在に保持
するようにした装置がある。この装置は、板状部
材が渦の圧力に比例して変位するので、高流域で
渦の圧力が大きくなると過大な変位や力が加わ
り、精度良く渦が検出できなくなつたり破損する
欠点がある。また板状部材をたわませて歪を検出
するようにしたものとしては例えば特公昭55−
36933に示す装置がある。
この従来の装置は高流速領域でも安定に渦を検
出できるが、板の曲げあるいはたわみ振動を利用
するので、低流速域の渦を検出できない欠点があ
る。 本発明はこれら従来装置の欠点をなくし、広い
流速範囲において安定に渦を検出できるようにし
たカルマン渦流量計を提供することを目的とす
る。
出できるが、板の曲げあるいはたわみ振動を利用
するので、低流速域の渦を検出できない欠点があ
る。 本発明はこれら従来装置の欠点をなくし、広い
流速範囲において安定に渦を検出できるようにし
たカルマン渦流量計を提供することを目的とす
る。
このような目的を達成するために、本発明は、
渦の圧力変化に応動する振動部材を、ほぼ一次の
振動系に形成されてその一次固有振動数が検出す
べき渦の最低周波数にほぼ等しくされた振動部材
によつて構成することを特徴とする。
渦の圧力変化に応動する振動部材を、ほぼ一次の
振動系に形成されてその一次固有振動数が検出す
べき渦の最低周波数にほぼ等しくされた振動部材
によつて構成することを特徴とする。
本発明者等が種々の研究と実験を行つたとこ
ろ、渦の圧力変化の大きさはほぼ流速の二乗に比
例して増加することが初めて見出された。 従つて、本発明は、渦の圧力変化の大きさがほ
ぼ流速の二乗に比例して増加するというこの実験
結果に基づいて、渦の圧力変化に応動する振動部
材を、ほぼ一次の振動系に形成されてその一次固
有振動数が検出すべき渦の最低周波数にほぼ等し
くされた振動部材によつて構成したものである。 すなわち、一次振動系の周波数応答は、振幅
一定の加振力が作用した場合、ほぼ共振角周波
数ωoにて最大となり、加振角周波数ωの増大
に伴つて加振角周波数ωの二乗に反比例して減
少する。 そして、ここで重要なのは、上述の如く、本
発明者等の実験により、渦の圧力変化がほぼ流
速の二乗に比例して増加するということが見出
されたことである。 つまり、このことにより、渦周波数が流速に
比例するので、渦の圧力変化はほぼ渦周波数の
二乗に比例して増加するというように見做せる
からである。 従つて、渦の圧力変化に応動する振動部材
を、ほぼ一次の振動系に形成されてその一次固
有振動数が検出すべき渦の最低周波数にほぼ等
しくされた振動部材によつて構成することによ
り、加振角周波数ωの二乗に反比例して減少す
る振動部材の振幅特性と、ほぼ渦周波数の二乗
に比例して増加する加振力（渦の圧力変化）と
の組合わせによつて、かかる振動部材の振幅は
ほぼ一定となるようにすることができる。
ろ、渦の圧力変化の大きさはほぼ流速の二乗に比
例して増加することが初めて見出された。 従つて、本発明は、渦の圧力変化の大きさがほ
ぼ流速の二乗に比例して増加するというこの実験
結果に基づいて、渦の圧力変化に応動する振動部
材を、ほぼ一次の振動系に形成されてその一次固
有振動数が検出すべき渦の最低周波数にほぼ等し
くされた振動部材によつて構成したものである。 すなわち、一次振動系の周波数応答は、振幅
一定の加振力が作用した場合、ほぼ共振角周波
数ωoにて最大となり、加振角周波数ωの増大
に伴つて加振角周波数ωの二乗に反比例して減
少する。 そして、ここで重要なのは、上述の如く、本
発明者等の実験により、渦の圧力変化がほぼ流
速の二乗に比例して増加するということが見出
されたことである。 つまり、このことにより、渦周波数が流速に
比例するので、渦の圧力変化はほぼ渦周波数の
二乗に比例して増加するというように見做せる
からである。 従つて、渦の圧力変化に応動する振動部材
を、ほぼ一次の振動系に形成されてその一次固
有振動数が検出すべき渦の最低周波数にほぼ等
しくされた振動部材によつて構成することによ
り、加振角周波数ωの二乗に反比例して減少す
る振動部材の振幅特性と、ほぼ渦周波数の二乗
に比例して増加する加振力（渦の圧力変化）と
の組合わせによつて、かかる振動部材の振幅は
ほぼ一定となるようにすることができる。
以下図面により本発明の一実施例を図面を参照
して説明する。 第１図はこの発明の一実施例を示す全体構成
図、第２図は渦発生体のＡ―Ａ断面図、第３図は
渦検出部の断面拡大図、第４図は振動子の平面
図、第５図は振動子の動作特性図である。 第１図において、１は管路、２はカルマン渦を
発生させるための一対の渦発生体、３は渦検出機
構である。４１，４２は渦発生体２の両側面に設
けられたスリツトで渦の圧力変化を導くためのも
のである。第４図において、５は振動子で、渦の
圧力が作用する振動板６とこの振動板６をその重
心を含む線対称な軸上で保持してねじり振動を行
なわせるための一対のスパンバンド７１，７２と
このスパンバンドの固定端となる枠部８とを一枚
の金属板で造られており、振動板６はその中心軸
に対して質量の平衡が保たれている。なお、９
１，９２は打ち抜き部である。第３図において、
１０はこの振動子５を収納するハウジングで、下
部プレート１１と上部プレート１２で構成されて
いる。この下部プレート１１および上部プレート
１２には振動子５の形状に対応した形状の凹溝
（図示なし）が対向して設けられており、渦発生
体２のフランジ１３の上に順次積層することによ
り振動子５が保持されるとともに振動室１４とス
パンバンドの収納室１５が形成される。振動室１
４は振動子５の振動板６によつて上室１６および
下室１７１，１７２の二つの部屋にほぼ２等分さ
れ、更に振動板６と下部プレート１１とで形成さ
れる部屋は突起１８によつて部屋１７１，１７２
とに二等分されており、部屋１７１および１７２
はそれぞれ導圧孔１９１および１９２を介して渦
発生体２の開口４１および４２と連通している。
突起１８は開口４１または４２からの渦の圧力変
化を損失なく振動板６へ伝えることを目的とする
もので、この突起１８と振動板６との隙間は極力
小さく0.1mm程度にしてある。又、同様な目的か
ら振動板６の周縁と振動室１４の隙間も同程度に
押えてある。またスパンバンド７１，７２にはほ
ぼ一定の張力を加えてある。なお２０は振動板６
の変位を検出するための光フアイバ、２１は変位
検出信号の処理回路である。 以上の構成において、今、渦発生体２の開口４
２側に渦２２が生じると、この部分の圧力は反対
側の開口４１の部分よりも圧力が低下し、開口４
１と４２の間に圧力差が生じ、これに連通した部
屋１７１と１７２との間に圧力差が生じるので、
この圧力差によつて振動板６が時計方向に回転す
る。次いで、渦発生２の反対側に渦が生じると、
振動板６は今度は反時計方向に回転する。即ち振
動板６は一対の渦の発生に対応して一往復の振動
をする。 このようにして振動子５は渦の周波数に対応し
て振動するが、本発明においては、振動板６の慣
性モーメントとスパンバンド７１，７２の捩りバ
ネ定数で定まる捩りの固有振動数は、スパンバン
ド７１，７２の長さおよび幅と振動板６の大きさ
等のデイメンジヨンを計測すべき渦の最低周波数
にほぼ一致させられている。 このような一次振動系に振幅一定の加振力が加
わつた場合の周波数応答は、振動学的に良く知ら
れた第５図Ａに示すように、ダンパーの大きさに
も依るがほぼ共振角周波数ωoにて最大となり、
加振角周波数ωの増大に伴つて加振角周波数の二
乗に反比例して減少する特性となる。ここで、図
中、縦軸は振幅比（動的振幅ｘ／静的振幅ａs
ｔ）、横軸は角周波数ωとωoとの比で無次元化し
て表してある。 一方、本発明者等の実験により、渦の圧力変化
の大きさはほぼ流速の二乗に比例して増加するこ
とが見出された。ところで、渦周波数は流速に比
例する。従つて、第５図Ｂに示すように、渦の圧
力変化はほぼ渦周波数の二乗に比例して上昇する
といえる。 その場合、本発明においては、振動子５はその
固有角振動数ωoを渦の最低周波数に一致させて
あるので、振動子５には渦周波数の二乗に比例し
て増加する加振力が加わることになり、その結
果、振動子５の振動板６の振幅は第５図Ｃに示す
ようにほぼ一定となる。 このように振動子の共振周波数を下げ渦の圧力
変化の特性のマツチングさせることにより、本発
明によれば、低流量域（低周波数域）で大きな変
位が得られるとともに、高流量域（高周波数域）
では過大な変位が防止される利点がある。なおこ
の振動系には共振時の不安定性を除くため、適度
の減衰を加えることが望ましい。又振動子の構成
は本実施例に限定されるものではなく、要は一次
の固有振動数を渦の最低周波数に一致させれば良
い。
して説明する。 第１図はこの発明の一実施例を示す全体構成
図、第２図は渦発生体のＡ―Ａ断面図、第３図は
渦検出部の断面拡大図、第４図は振動子の平面
図、第５図は振動子の動作特性図である。 第１図において、１は管路、２はカルマン渦を
発生させるための一対の渦発生体、３は渦検出機
構である。４１，４２は渦発生体２の両側面に設
けられたスリツトで渦の圧力変化を導くためのも
のである。第４図において、５は振動子で、渦の
圧力が作用する振動板６とこの振動板６をその重
心を含む線対称な軸上で保持してねじり振動を行
なわせるための一対のスパンバンド７１，７２と
このスパンバンドの固定端となる枠部８とを一枚
の金属板で造られており、振動板６はその中心軸
に対して質量の平衡が保たれている。なお、９
１，９２は打ち抜き部である。第３図において、
１０はこの振動子５を収納するハウジングで、下
部プレート１１と上部プレート１２で構成されて
いる。この下部プレート１１および上部プレート
１２には振動子５の形状に対応した形状の凹溝
（図示なし）が対向して設けられており、渦発生
体２のフランジ１３の上に順次積層することによ
り振動子５が保持されるとともに振動室１４とス
パンバンドの収納室１５が形成される。振動室１
４は振動子５の振動板６によつて上室１６および
下室１７１，１７２の二つの部屋にほぼ２等分さ
れ、更に振動板６と下部プレート１１とで形成さ
れる部屋は突起１８によつて部屋１７１，１７２
とに二等分されており、部屋１７１および１７２
はそれぞれ導圧孔１９１および１９２を介して渦
発生体２の開口４１および４２と連通している。
突起１８は開口４１または４２からの渦の圧力変
化を損失なく振動板６へ伝えることを目的とする
もので、この突起１８と振動板６との隙間は極力
小さく0.1mm程度にしてある。又、同様な目的か
ら振動板６の周縁と振動室１４の隙間も同程度に
押えてある。またスパンバンド７１，７２にはほ
ぼ一定の張力を加えてある。なお２０は振動板６
の変位を検出するための光フアイバ、２１は変位
検出信号の処理回路である。 以上の構成において、今、渦発生体２の開口４
２側に渦２２が生じると、この部分の圧力は反対
側の開口４１の部分よりも圧力が低下し、開口４
１と４２の間に圧力差が生じ、これに連通した部
屋１７１と１７２との間に圧力差が生じるので、
この圧力差によつて振動板６が時計方向に回転す
る。次いで、渦発生２の反対側に渦が生じると、
振動板６は今度は反時計方向に回転する。即ち振
動板６は一対の渦の発生に対応して一往復の振動
をする。 このようにして振動子５は渦の周波数に対応し
て振動するが、本発明においては、振動板６の慣
性モーメントとスパンバンド７１，７２の捩りバ
ネ定数で定まる捩りの固有振動数は、スパンバン
ド７１，７２の長さおよび幅と振動板６の大きさ
等のデイメンジヨンを計測すべき渦の最低周波数
にほぼ一致させられている。 このような一次振動系に振幅一定の加振力が加
わつた場合の周波数応答は、振動学的に良く知ら
れた第５図Ａに示すように、ダンパーの大きさに
も依るがほぼ共振角周波数ωoにて最大となり、
加振角周波数ωの増大に伴つて加振角周波数の二
乗に反比例して減少する特性となる。ここで、図
中、縦軸は振幅比（動的振幅ｘ／静的振幅ａs
ｔ）、横軸は角周波数ωとωoとの比で無次元化し
て表してある。 一方、本発明者等の実験により、渦の圧力変化
の大きさはほぼ流速の二乗に比例して増加するこ
とが見出された。ところで、渦周波数は流速に比
例する。従つて、第５図Ｂに示すように、渦の圧
力変化はほぼ渦周波数の二乗に比例して上昇する
といえる。 その場合、本発明においては、振動子５はその
固有角振動数ωoを渦の最低周波数に一致させて
あるので、振動子５には渦周波数の二乗に比例し
て増加する加振力が加わることになり、その結
果、振動子５の振動板６の振幅は第５図Ｃに示す
ようにほぼ一定となる。 このように振動子の共振周波数を下げ渦の圧力
変化の特性のマツチングさせることにより、本発
明によれば、低流量域（低周波数域）で大きな変
位が得られるとともに、高流量域（高周波数域）
では過大な変位が防止される利点がある。なおこ
の振動系には共振時の不安定性を除くため、適度
の減衰を加えることが望ましい。又振動子の構成
は本実施例に限定されるものではなく、要は一次
の固有振動数を渦の最低周波数に一致させれば良
い。
以上述べたように、本発明によれば、渦の圧力
で変位する板状部材をほぼ一次の振動系に構成し
て、その一次固有振動数を下げて渦の最低周波数
に一致させることによつて、振動系の周波数応答
と渦の圧力変化とが相補関係になるようにしたの
で、全ての渦用周波数範囲に渡つてほぼ一定の変
位振幅が得られ、しかも低流域で感度が良くなる
と同時に高流域でも過大な変位を生じることがな
く、安定な振動が得られるとともに破損等を生じ
ることもないなど実用上有効である。
で変位する板状部材をほぼ一次の振動系に構成し
て、その一次固有振動数を下げて渦の最低周波数
に一致させることによつて、振動系の周波数応答
と渦の圧力変化とが相補関係になるようにしたの
で、全ての渦用周波数範囲に渡つてほぼ一定の変
位振幅が得られ、しかも低流域で感度が良くなる
と同時に高流域でも過大な変位を生じることがな
く、安定な振動が得られるとともに破損等を生じ
ることもないなど実用上有効である。
第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２
図は第１図におけるＡ―Ａ断面図、第３図は渦検
出部の断面拡大図、第４図は振動子の平面図、第
５図は振動子の動作特性図である。 ５……渦発生体、５……振動子、６……振動
板。
図は第１図におけるＡ―Ａ断面図、第３図は渦検
出部の断面拡大図、第４図は振動子の平面図、第
５図は振動子の動作特性図である。 ５……渦発生体、５……振動子、６……振動
板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 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生じる圧力変動を受けて
振動する振動部材を備え、その振動部材の振動周
波数から前記流体の流量を測定するカルマン渦流
量計において、 前記振動部材を、ほぼ一次の振動系に形成され
てその一次固有振動数が検出すべき渦の最低周波
数にほぼ等しくされた振動部材によつて構成し
た、 ことを特徴とするカルマン渦流量計。
Priority Applications (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57102673A JPS58218617A (ja) | 1982-06-15 | 1982-06-15 | カルマン渦流量計 |
| US06/439,900 US4584883A (en) | 1981-11-10 | 1982-11-08 | Karman vortex flowmeter |
| DE19823241988 DE3241988A1 (de) | 1981-11-10 | 1982-11-10 | Durchflussmesser mit karman'scher wirbelstrasse |
| GB08502843A GB2159946B (en) | 1981-11-10 | 1982-11-10 | Karmen vortex flowmeters |
| GB08232154A GB2112938B (en) | 1981-11-10 | 1982-11-10 | Karman vortex flowmeters |
| GB08502846A GB2160315B (en) | 1981-11-10 | 1985-02-05 | Karman vortex flowmeters |
| GB08502847A GB2160316B (en) | 1981-11-10 | 1985-02-05 | Karman vortex flowmeters |
| GB08502848A GB2160317B (en) | 1981-11-10 | 1985-02-05 | Karman vortex flowmeters |
| GB08502844A GB2160313B (en) | 1981-11-10 | 1985-02-05 | Karman vortex flowmeters |
| GB08502849A GB2160318B (en) | 1981-11-10 | 1985-02-05 | Karman vortex flowmeters |
| GB08502845A GB2160314B (en) | 1981-11-10 | 1985-02-05 | Karman vortex flowmeters |
| US06/823,998 US4648280A (en) | 1981-11-10 | 1986-01-29 | Karman vortex flowmeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57102673A JPS58218617A (ja) | 1982-06-15 | 1982-06-15 | カルマン渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58218617A JPS58218617A (ja) | 1983-12-19 |
| JPS6257205B2 true JPS6257205B2 (ja) | 1987-11-30 |
Family
ID=14333747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57102673A Granted JPS58218617A (ja) | 1981-11-10 | 1982-06-15 | カルマン渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58218617A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5233976A (en) * | 1975-09-11 | 1977-03-15 | Yokohama Rubber Co Ltd | Device for adhering bead filler |
-
1982
- 1982-06-15 JP JP57102673A patent/JPS58218617A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58218617A (ja) | 1983-12-19 |
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