JPS6257207B2 - - Google Patents
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- JPS6257207B2 JPS6257207B2 JP57102675A JP10267582A JPS6257207B2 JP S6257207 B2 JPS6257207 B2 JP S6257207B2 JP 57102675 A JP57102675 A JP 57102675A JP 10267582 A JP10267582 A JP 10267582A JP S6257207 B2 JPS6257207 B2 JP S6257207B2
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- 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
- G01F1/3209—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
-
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- 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
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- 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
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- 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。
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。
一般に、この種の流量計において、柱状物体の
下流に発生す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
温度特性や安定度が計測精度や計測範囲に及ぼす
影響が大きく、温度補償や電磁ノイズによる誤動
差を防止するためには検出回路も複雑となり信頼
性が低下するとともにコストアツプする欠点もあ
る。 また、この種の従来装置のうちで渦の圧力で振
動板を変位させ信号処理を容易にして周囲温度や
電磁ノイズの影響を少くしたものとしては、例え
ば実公昭46−21501号公報に示される装置があ
る。これは、渦発生体の内部に振動室を設け、こ
の振動室の壁にその一端が固定された平板状物体
からなる振動子を取り付けたもので、該振動子の
振動周波数から流速または流量を測定するもので
ある。
下流に発生す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
温度特性や安定度が計測精度や計測範囲に及ぼす
影響が大きく、温度補償や電磁ノイズによる誤動
差を防止するためには検出回路も複雑となり信頼
性が低下するとともにコストアツプする欠点もあ
る。 また、この種の従来装置のうちで渦の圧力で振
動板を変位させ信号処理を容易にして周囲温度や
電磁ノイズの影響を少くしたものとしては、例え
ば実公昭46−21501号公報に示される装置があ
る。これは、渦発生体の内部に振動室を設け、こ
の振動室の壁にその一端が固定された平板状物体
からなる振動子を取り付けたもので、該振動子の
振動周波数から流速または流量を測定するもので
ある。
この装置は渦の発生による圧力変化を直接、変
位または力として検出するものであるため構造が
簡単であるという利点があるが、上記振動子は一
端固定の曲げ振動を行なうので、外部振動によつ
て誤動作する危険性が高く、特に低流速域では渦
の発生による圧力変化が極くわずかであるため渦
による振動と外部振動とを区別することができ
ず、したがつて渦周波数を正確に検出することが
できないという欠点がある。 この発明は上記に鑑みなされたもので、温度や
電磁ノイズの影響が少く低流速域においても外部
振動の影響を受けずに、渦による振動のみを正確
に検出しうる検出手段を備えたカルマン渦流量
（流速）計を提供することを目的とするものであ
る。
位または力として検出するものであるため構造が
簡単であるという利点があるが、上記振動子は一
端固定の曲げ振動を行なうので、外部振動によつ
て誤動作する危険性が高く、特に低流速域では渦
の発生による圧力変化が極くわずかであるため渦
による振動と外部振動とを区別することができ
ず、したがつて渦周波数を正確に検出することが
できないという欠点がある。 この発明は上記に鑑みなされたもので、温度や
電磁ノイズの影響が少く低流速域においても外部
振動の影響を受けずに、渦による振動のみを正確
に検出しうる検出手段を備えたカルマン渦流量
（流速）計を提供することを目的とするものであ
る。
このような目的を達成するために、本発明は、
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
する振動板を備え、前記振動板をその重心を含む
回転軸に対して質量平衡となるよう少なくとも一
対のスパンバンドで保持し、この振動板の振動変
位を少なくとも一対の発、受光素子で光学的に検
出して、前記振動板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
発、受光素子を前記振動板に対してこの振動板の
最大角振幅だけ偏倚させて設置したことを特徴と
する。
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
する振動板を備え、前記振動板をその重心を含む
回転軸に対して質量平衡となるよう少なくとも一
対のスパンバンドで保持し、この振動板の振動変
位を少なくとも一対の発、受光素子で光学的に検
出して、前記振動板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
発、受光素子を前記振動板に対してこの振動板の
最大角振幅だけ偏倚させて設置したことを特徴と
する。
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。 第１図はこの発明の実施例を示す全体構成図、
第２図は第１図における渦発生体のＡ―Ａ断面
図、第３図は渦検出部を流体の流れ方向から見た
断面拡大図、第４図は振動子の平面図、第５図は
渦検出部の側断面図、第６図は渦検出信号の処理
回路図、第７図は振動子の変位を検出する変位検
出センサの構成図と、該センサの特性を示す特性
図、第８図は変位検出センサの他の実施例を示す
構成図である。 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１対の渦発生体、３は渦検出部
である。渦発生体２は第２図に示されるように、
一対の二等辺三角形の上流柱状体４と、等脚台形
の下流柱状体５とより構成されており、この二つ
の柱状体４と５は一定間隔６を隔てて流れに垂直
に挿入されている。７１，７２は下流柱状体５の
軸方向端部近傍の両側面に設けられたスリツト
で、発生した渦の圧力変化を導くためのものであ
る。第４図において、８は厚さ20μ前後の薄い金
属で形成された振動子で、渦の圧力が作用する振
動板９と、この振動板９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１０１，１０２と、このスパ
ンバンドの固定端となる枠部１１とをほぼ一定厚
さの一枚の金属板から一体に成形して造られてお
り、振動板９はその中心軸に対して質量の平衡が
保たれている。また、スパンバンド１０１，１０
２のテイメンジヨンで定まるねじりバネ定数は、
渦の微少な圧力変化に対しても十分な角度だけ振
動板９が変位するような極力低くし、かつその共
振周波数もできるだけ小さく設計されている。な
お、１１１，１１２は打ち抜き部である。第３図
において、１２はこの振動子８を収納するハウジ
ングで、下部プレート１３と上部プレート１４と
より構成されている。この下部プレート１３と上
部プレート１４には、振動子８の形状に対応した
ほぼ同一形状の凹溝（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１５の上に下
部プレート１３、振動子８、および上部プレート
１４を順次積層することにより振動子８が保持さ
れるとともに、振動室１６とスパンバンドの収納
室１７ａおよび１７ｂが形成される。振動室１６
は、振動子８の振動板９によつて上２６、下１９
１，１９２二つの部屋にほぼ二等分され、更に受
圧板９と下部プレート１３とで形成される部屋
は、下部プレート１３の振動板９の回転軸に対向
した位置に設けられた突起１８によつて部屋１９
１と１９２とに二等分されており、部屋１９１お
よび１９２はそれぞれ孔２０１および２０２を介
して渦発生体２のスリツト７１，７２に連通して
いる。この突起１８は部屋１９１，１９２間の流
体の流通を防止して、スリツト７１または７２か
らの渦の圧力変化を損失なく振動板９へ伝えるこ
とを目的とするもので、この突起１８と振動板９
との隙間は、振動板９のねじり振動を阻害しない
範囲で極力小さく、例えば0.1〜0.2mm程度とする
ことが望ましい。また、同様な目的から、振動板
９の周縁と振動室１６との隙間も同程度の値にす
ることが望ましい。第５図において、２１はスパ
ンバンド１０１および１０２に張力を加えるため
の調整ネジで、スパンバンド１０２の中心軸上に
設けられており、該調整ネジ２１によりスパンバ
ンド１０２の周縁の固定部と、下部プレート１３
に設けた突起２２との間を押圧して張力を加え、
この張力によつて振動子８のたわみ振動を防止す
るものである。 第３図において、２３は発光素子、２４は受光
素子で、それぞれ振動板９の上面と対向して配置
させ、かつ、その光軸が振動板９の回転中心軸を
通るように構成してある。また、２５はこの発光
および受光素子２３および２４の駆動や出力信号
の処理を行う検出回路部で、第６図に示すよう
に、受光素子２４の出力信号のうち交流成分のみ
を採りだす結合回路２６とこの信号をパルス化す
る比較器２７等から構成されている。 次に動作を説明する。 例えば、第２図において、渦発生体２の上側
（スリツト７２側）に渦３０が生じると、スリツ
ト７２の付近の圧力は反対側のスリツト７１の付
近よりも低下するので、このスリツト７２に連通
した部屋１９２の圧力も反対側のスリツト７１に
連通した部屋１９１の圧力よりも低くなる。ここ
で、例えば第３図を参照して振動板９の回転軸の
回りの力の平衡を考えると、振動板９の上面に加
わる圧力はその全面でほぼ一定であり、振動板９
の下面に加わる圧力は、この場合は部屋１９２の
方が部屋１９１よりも低くなつているので、結局
振動板９には部屋１９１と部屋１９１との圧力差
に対応した時計方向のモーメントが作用し、これ
によつて振動板９が時計方向に回転するが、この
回転は振動板１６の底面と上面とにより、その振
幅が規制される。次いで、渦発生体の反対側に渦
ができると、今度は部屋１９１の圧力が部屋１９
２の圧力よりも低下するので、振動板９は反時計
方向に変位するが、この場合も上記と同様に振動
室１６の底面と上面とによつてその振幅が規制さ
れる。すなわち、振動子８は一対の渦の発生に伴
なつて一往復のねじり振動を行なうが、その振幅
は振動室１６の壁面で規制されるため、渦の圧力
が変化してもほぼ一定振幅に保たれることにな
る。ここで、振動板９はその回転中心軸の回りに
ほぼ質量の平衡が保たれているので、外部振動に
よる慣性力は回転軸の回りでは打ち消され、ねじ
り振動を生じることはない。また、スパンバンド
１０１および１０２には常時張力を加えているの
で、振動子８は垂直方向の外部振動に対しても殆
んど追随せず、この点からも外部振動の影響を無
くすことが可能となる。なお、このようにスパン
バンドに張力を加えても、そのねじりバネ定数に
は殆んど影響しないので、渦の検出感度を低下さ
せることなく耐振性を向上できる効果がある。 このように、振動子８は渦の発生に伴なつて張
動室１６内でねじり振動を行なうのであるが、こ
の振動を例えば10Hz〜1KHzにも及ぶ広い渦周波
数範囲で規則的に行なわせるためには、渦の圧力
変化を損失なく直接振動板９に作用させることが
重要である。このために、この発明では渦発生体
２の軸方向端部にスリツト７１，７２を設けて最
短距離で渦の圧力変化を部屋１９１および１９２
に導入するとともに、突起１８によつて部屋１９
１と部屋１９２間の洩れを極めて小さくし、さら
に振動板９の周縁と振動室１６との壁面との隙間
で部屋２８と部屋１９１および１９２との間の洩
れを少なくしたので、損失なく受圧板（振動板）
に渦の圧力が作用し、これにより安定に渦を検出
することができる。 次に、振動子８の変位回数、すなわち振動周波
数の検出について第３図、第６図、第７図および
第８図を参照して説明する。 振動周波数の検出は、この場合は発光素子２３
および受光素子２４により振動板９の上面の反射
光量の変化を検出して行なう。振動板９からの反
射光量は第７図Ｂに示すように振動板の反射面の
回転に伴つて減少する。すなわち、反射光量は変
位角度θ＝０のとき最大となり、θ＝０からθ＝
＋θｍ（プラス最大変位角度）およびθ＝−θｍ
（マイナス最大変位角度）となるに従つてそれぞ
れ減少する。その場合、θ＝０からθ＝＋θｍ、
θ＝−θｍへの光量変化量はΔＬとなる。そし
て、受光素子２４の出力信号（すなわち受光光
量）は第７図Ｃに示すように振動板９の一往復の
振動に伴い２回変化する。つまり、受光素子２４
の受光光量は、第７図Ａにおいて振動板９が時計
方向に振動する際に、θ＝−θｍからθ＝０に向
かつて増加し、θ＝０からθ＝＋θｍに向かつて
減少し、そして、振動板９が反時計方向に復帰振
動する際に、θ＝＋θｍからθ＝０に向かつて再
び増加し、θ＝０からθ＝−θｍに向かつて再び
減少する。その結果、上述の如く、受光素子２４
の受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い２回
変化することになり、そして、その受光光量の変
化振幅は、反射光量の光量変化量と同じくΔＬと
なる。ここで、振動子８の変位はほぼ一定である
ので、光出力もほぼ一定となり低流量域でも受光
素子２４からは1V前後の出力が得られる。した
がつて、この出力を単に比較器２７によつて波形
整形するだけの簡単な回路構成で渦周波数を検出
することができる。 なお、上述のごとく、この発受光素子および反
射面からなる光学系は、振動室１６の部屋２８内
に在り、直接流体に接触することがないので、光
学系の汚損を防止することができる。 第７図Ａに示した検出機構は、振動板９が水平
な位置で最大反射光量が得られるように、発光素
子２３、受光素子２４を配置した本発明の原理構
成を示すものである。従つて、第７図Ａにおいて
は、発光素子２３と受光素子２４とが成す角度の
中心線Ｍは振動板９に対して垂直に位置する。 このような原理構成に対して、本発明の一実施
例において、第８図に示すように、発光素子２
３、受光素子２４は振動板９に対して最大角振幅
θｍだけ予め偏倚させられている。この場合に
は、振動板９からの反射光量は第９図Ｂに示すよ
うに振動板の反射面の回転に伴つて増加する。す
なわち、反射光量は変位角度θ＝−θｍ（マイナ
ス最大変位角度）のとき最小となり、θ＝−θｍ
からθ＝＋θｍ（プラス最大変位角度）に向かつ
て増加し、θ＝＋θｍの際に最大となる。その場
合、θ＝−θｍからθ＝＋θｍへの光量変化量は
ΔL0となる。この光量変化量ΔL0は第７図Ａに
示した原理構成における光量変化量ΔＬの約２
倍、つまりΔL0≒２ΔＬである。そして、受光
素子２４の出力信号（すなわち受光光量）は第９
図Ｃに示すように振動板９の一往復の振動に伴い
１回だけ変化する。つまり、受光素子２４の受光
光量は、第９図Ａにおいて振動板９が時計方向に
振動する際に、θ＝−θｍからθ＝０、θ＝０か
らθ＝＋θｍに向かつてそれぞれ増加して、θ＝
＋θｍにて最大値となり、そして、振動板９が反
時計方向に復帰振動する際に、θ＝＋θｍからθ
＝０、θ＝０からθ＝−θｍに向かつてそれぞれ
減少する。その結果、上述の如く、受光素子２４
の受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い１回
しか変化せず、そして、その受光光量の変化振幅
は、反射光量の光量変化量と同じくΔL0（≒２
ΔＬ）となる。 従つて、第８図に示した検出機構は、受光素子
の受光光量の変化振幅が第７図Ａに示した検出機
構に比較して２倍となるので、振動板９の微小な
角度変位に対しても感度が良くなり、しかも、そ
の受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い１回
しか変化しないので、２回変化する第７図Ａの検
出機構に比較して信号処理が一層容易となる。
する。 第１図はこの発明の実施例を示す全体構成図、
第２図は第１図における渦発生体のＡ―Ａ断面
図、第３図は渦検出部を流体の流れ方向から見た
断面拡大図、第４図は振動子の平面図、第５図は
渦検出部の側断面図、第６図は渦検出信号の処理
回路図、第７図は振動子の変位を検出する変位検
出センサの構成図と、該センサの特性を示す特性
図、第８図は変位検出センサの他の実施例を示す
構成図である。 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１対の渦発生体、３は渦検出部
である。渦発生体２は第２図に示されるように、
一対の二等辺三角形の上流柱状体４と、等脚台形
の下流柱状体５とより構成されており、この二つ
の柱状体４と５は一定間隔６を隔てて流れに垂直
に挿入されている。７１，７２は下流柱状体５の
軸方向端部近傍の両側面に設けられたスリツト
で、発生した渦の圧力変化を導くためのものであ
る。第４図において、８は厚さ20μ前後の薄い金
属で形成された振動子で、渦の圧力が作用する振
動板９と、この振動板９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１０１，１０２と、このスパ
ンバンドの固定端となる枠部１１とをほぼ一定厚
さの一枚の金属板から一体に成形して造られてお
り、振動板９はその中心軸に対して質量の平衡が
保たれている。また、スパンバンド１０１，１０
２のテイメンジヨンで定まるねじりバネ定数は、
渦の微少な圧力変化に対しても十分な角度だけ振
動板９が変位するような極力低くし、かつその共
振周波数もできるだけ小さく設計されている。な
お、１１１，１１２は打ち抜き部である。第３図
において、１２はこの振動子８を収納するハウジ
ングで、下部プレート１３と上部プレート１４と
より構成されている。この下部プレート１３と上
部プレート１４には、振動子８の形状に対応した
ほぼ同一形状の凹溝（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１５の上に下
部プレート１３、振動子８、および上部プレート
１４を順次積層することにより振動子８が保持さ
れるとともに、振動室１６とスパンバンドの収納
室１７ａおよび１７ｂが形成される。振動室１６
は、振動子８の振動板９によつて上２６、下１９
１，１９２二つの部屋にほぼ二等分され、更に受
圧板９と下部プレート１３とで形成される部屋
は、下部プレート１３の振動板９の回転軸に対向
した位置に設けられた突起１８によつて部屋１９
１と１９２とに二等分されており、部屋１９１お
よび１９２はそれぞれ孔２０１および２０２を介
して渦発生体２のスリツト７１，７２に連通して
いる。この突起１８は部屋１９１，１９２間の流
体の流通を防止して、スリツト７１または７２か
らの渦の圧力変化を損失なく振動板９へ伝えるこ
とを目的とするもので、この突起１８と振動板９
との隙間は、振動板９のねじり振動を阻害しない
範囲で極力小さく、例えば0.1〜0.2mm程度とする
ことが望ましい。また、同様な目的から、振動板
９の周縁と振動室１６との隙間も同程度の値にす
ることが望ましい。第５図において、２１はスパ
ンバンド１０１および１０２に張力を加えるため
の調整ネジで、スパンバンド１０２の中心軸上に
設けられており、該調整ネジ２１によりスパンバ
ンド１０２の周縁の固定部と、下部プレート１３
に設けた突起２２との間を押圧して張力を加え、
この張力によつて振動子８のたわみ振動を防止す
るものである。 第３図において、２３は発光素子、２４は受光
素子で、それぞれ振動板９の上面と対向して配置
させ、かつ、その光軸が振動板９の回転中心軸を
通るように構成してある。また、２５はこの発光
および受光素子２３および２４の駆動や出力信号
の処理を行う検出回路部で、第６図に示すよう
に、受光素子２４の出力信号のうち交流成分のみ
を採りだす結合回路２６とこの信号をパルス化す
る比較器２７等から構成されている。 次に動作を説明する。 例えば、第２図において、渦発生体２の上側
（スリツト７２側）に渦３０が生じると、スリツ
ト７２の付近の圧力は反対側のスリツト７１の付
近よりも低下するので、このスリツト７２に連通
した部屋１９２の圧力も反対側のスリツト７１に
連通した部屋１９１の圧力よりも低くなる。ここ
で、例えば第３図を参照して振動板９の回転軸の
回りの力の平衡を考えると、振動板９の上面に加
わる圧力はその全面でほぼ一定であり、振動板９
の下面に加わる圧力は、この場合は部屋１９２の
方が部屋１９１よりも低くなつているので、結局
振動板９には部屋１９１と部屋１９１との圧力差
に対応した時計方向のモーメントが作用し、これ
によつて振動板９が時計方向に回転するが、この
回転は振動板１６の底面と上面とにより、その振
幅が規制される。次いで、渦発生体の反対側に渦
ができると、今度は部屋１９１の圧力が部屋１９
２の圧力よりも低下するので、振動板９は反時計
方向に変位するが、この場合も上記と同様に振動
室１６の底面と上面とによつてその振幅が規制さ
れる。すなわち、振動子８は一対の渦の発生に伴
なつて一往復のねじり振動を行なうが、その振幅
は振動室１６の壁面で規制されるため、渦の圧力
が変化してもほぼ一定振幅に保たれることにな
る。ここで、振動板９はその回転中心軸の回りに
ほぼ質量の平衡が保たれているので、外部振動に
よる慣性力は回転軸の回りでは打ち消され、ねじ
り振動を生じることはない。また、スパンバンド
１０１および１０２には常時張力を加えているの
で、振動子８は垂直方向の外部振動に対しても殆
んど追随せず、この点からも外部振動の影響を無
くすことが可能となる。なお、このようにスパン
バンドに張力を加えても、そのねじりバネ定数に
は殆んど影響しないので、渦の検出感度を低下さ
せることなく耐振性を向上できる効果がある。 このように、振動子８は渦の発生に伴なつて張
動室１６内でねじり振動を行なうのであるが、こ
の振動を例えば10Hz〜1KHzにも及ぶ広い渦周波
数範囲で規則的に行なわせるためには、渦の圧力
変化を損失なく直接振動板９に作用させることが
重要である。このために、この発明では渦発生体
２の軸方向端部にスリツト７１，７２を設けて最
短距離で渦の圧力変化を部屋１９１および１９２
に導入するとともに、突起１８によつて部屋１９
１と部屋１９２間の洩れを極めて小さくし、さら
に振動板９の周縁と振動室１６との壁面との隙間
で部屋２８と部屋１９１および１９２との間の洩
れを少なくしたので、損失なく受圧板（振動板）
に渦の圧力が作用し、これにより安定に渦を検出
することができる。 次に、振動子８の変位回数、すなわち振動周波
数の検出について第３図、第６図、第７図および
第８図を参照して説明する。 振動周波数の検出は、この場合は発光素子２３
および受光素子２４により振動板９の上面の反射
光量の変化を検出して行なう。振動板９からの反
射光量は第７図Ｂに示すように振動板の反射面の
回転に伴つて減少する。すなわち、反射光量は変
位角度θ＝０のとき最大となり、θ＝０からθ＝
＋θｍ（プラス最大変位角度）およびθ＝−θｍ
（マイナス最大変位角度）となるに従つてそれぞ
れ減少する。その場合、θ＝０からθ＝＋θｍ、
θ＝−θｍへの光量変化量はΔＬとなる。そし
て、受光素子２４の出力信号（すなわち受光光
量）は第７図Ｃに示すように振動板９の一往復の
振動に伴い２回変化する。つまり、受光素子２４
の受光光量は、第７図Ａにおいて振動板９が時計
方向に振動する際に、θ＝−θｍからθ＝０に向
かつて増加し、θ＝０からθ＝＋θｍに向かつて
減少し、そして、振動板９が反時計方向に復帰振
動する際に、θ＝＋θｍからθ＝０に向かつて再
び増加し、θ＝０からθ＝−θｍに向かつて再び
減少する。その結果、上述の如く、受光素子２４
の受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い２回
変化することになり、そして、その受光光量の変
化振幅は、反射光量の光量変化量と同じくΔＬと
なる。ここで、振動子８の変位はほぼ一定である
ので、光出力もほぼ一定となり低流量域でも受光
素子２４からは1V前後の出力が得られる。した
がつて、この出力を単に比較器２７によつて波形
整形するだけの簡単な回路構成で渦周波数を検出
することができる。 なお、上述のごとく、この発受光素子および反
射面からなる光学系は、振動室１６の部屋２８内
に在り、直接流体に接触することがないので、光
学系の汚損を防止することができる。 第７図Ａに示した検出機構は、振動板９が水平
な位置で最大反射光量が得られるように、発光素
子２３、受光素子２４を配置した本発明の原理構
成を示すものである。従つて、第７図Ａにおいて
は、発光素子２３と受光素子２４とが成す角度の
中心線Ｍは振動板９に対して垂直に位置する。 このような原理構成に対して、本発明の一実施
例において、第８図に示すように、発光素子２
３、受光素子２４は振動板９に対して最大角振幅
θｍだけ予め偏倚させられている。この場合に
は、振動板９からの反射光量は第９図Ｂに示すよ
うに振動板の反射面の回転に伴つて増加する。す
なわち、反射光量は変位角度θ＝−θｍ（マイナ
ス最大変位角度）のとき最小となり、θ＝−θｍ
からθ＝＋θｍ（プラス最大変位角度）に向かつ
て増加し、θ＝＋θｍの際に最大となる。その場
合、θ＝−θｍからθ＝＋θｍへの光量変化量は
ΔL0となる。この光量変化量ΔL0は第７図Ａに
示した原理構成における光量変化量ΔＬの約２
倍、つまりΔL0≒２ΔＬである。そして、受光
素子２４の出力信号（すなわち受光光量）は第９
図Ｃに示すように振動板９の一往復の振動に伴い
１回だけ変化する。つまり、受光素子２４の受光
光量は、第９図Ａにおいて振動板９が時計方向に
振動する際に、θ＝−θｍからθ＝０、θ＝０か
らθ＝＋θｍに向かつてそれぞれ増加して、θ＝
＋θｍにて最大値となり、そして、振動板９が反
時計方向に復帰振動する際に、θ＝＋θｍからθ
＝０、θ＝０からθ＝−θｍに向かつてそれぞれ
減少する。その結果、上述の如く、受光素子２４
の受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い１回
しか変化せず、そして、その受光光量の変化振幅
は、反射光量の光量変化量と同じくΔL0（≒２
ΔＬ）となる。 従つて、第８図に示した検出機構は、受光素子
の受光光量の変化振幅が第７図Ａに示した検出機
構に比較して２倍となるので、振動板９の微小な
角度変位に対しても感度が良くなり、しかも、そ
の受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い１回
しか変化しないので、２回変化する第７図Ａの検
出機構に比較して信号処理が一層容易となる。
以上に説明したように、本発明においては、第
８図に示す如く発、受光素子を振動板に対してこ
の振動板の最大角振幅だけ偏倚させて設置したの
で、受光素子の受光光量の変化振幅が第７図Ａの
構成に比較して２倍となるので、振動板９の微小
な角度変位に対しても感度が良くなり、しかも、
その受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い１
回しか変化しないので、２回変化する第７図Ａの
検出機構に比較して信号処理が一層容易となる。
８図に示す如く発、受光素子を振動板に対してこ
の振動板の最大角振幅だけ偏倚させて設置したの
で、受光素子の受光光量の変化振幅が第７図Ａの
構成に比較して２倍となるので、振動板９の微小
な角度変位に対しても感度が良くなり、しかも、
その受光光量は振動板９の一往復の振動に伴い１
回しか変化しないので、２回変化する第７図Ａの
検出機構に比較して信号処理が一層容易となる。
第１図はこの発明の実施例を示す全体構成図、
第２図は第１図における渦発生体のＡ―Ａ断面
図、第３図は渦検出部を流体の流れ方向から見た
断面拡大図、第４図は振動子の平面図、第５図は
渦検出部の側断面図、第６図は渦検出信号の処理
回路図、第７図Ａは振動子の変位を検出する変位
検出センサの本発明の原理構成図、第７図Ｂおよ
び第７図Ｃは該センサの特性について説明するた
めの異なる特性図、第８図は変位検出センサの本
発明の一実施例を示す構成図、第９図Ａは第８図
に示した変位検出センサの概略構成図、第９図Ｂ
および第９図Ｃは該センサの特性について説明す
るための異なる特性図である。 ２……渦発生体、８……振動子、９……振動
板、１０１，１０２……スパンバンド、２３……
発光素子、２４……受光素子。
第２図は第１図における渦発生体のＡ―Ａ断面
図、第３図は渦検出部を流体の流れ方向から見た
断面拡大図、第４図は振動子の平面図、第５図は
渦検出部の側断面図、第６図は渦検出信号の処理
回路図、第７図Ａは振動子の変位を検出する変位
検出センサの本発明の原理構成図、第７図Ｂおよ
び第７図Ｃは該センサの特性について説明するた
めの異なる特性図、第８図は変位検出センサの本
発明の一実施例を示す構成図、第９図Ａは第８図
に示した変位検出センサの概略構成図、第９図Ｂ
および第９図Ｃは該センサの特性について説明す
るための異なる特性図である。 ２……渦発生体、８……振動子、９……振動
板、１０１，１０２……スパンバンド、２３……
発光素子、２４……受光素子。
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
振動する振動板を備え、前記振動板をその重心を
含む回転軸に対して質量平衡となるよう少なくと
も一対のスパンバンドで保持し、この振動板の振
動変位を少なくとも一対の発、受光素子で光学的
に検出して、前記振動板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であつて、 前記発、受光素子２３，２４を前記振動板９に
対してこの振動板の最大角振幅（θｍ）だけ偏倚
させて設置した、 ことを特徴とするカルマン渦流量計。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57102675A JPS58219415A (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 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP57102675A JPS58219415A (ja) | 1982-06-15 | 1982-06-15 | カルマン渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58219415A JPS58219415A (ja) | 1983-12-20 |
| JPS6257207B2 true JPS6257207B2 (ja) | 1987-11-30 |
Family
ID=14333802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57102675A Granted JPS58219415A (ja) | 1981-11-10 | 1982-06-15 | カルマン渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58219415A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60244816A (ja) * | 1984-05-21 | 1985-12-04 | Fuji Electric Co Ltd | カルマン渦流量計 |
| JPS61146722U (ja) * | 1984-10-17 | 1986-09-10 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5880525A (ja) * | 1981-11-10 | 1983-05-14 | Fuji Electric Co Ltd | カルマン渦流量計 |
-
1982
- 1982-06-15 JP JP57102675A patent/JPS58219415A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58219415A (ja) | 1983-12-20 |
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