(57)【要約】【課題】流路が振動していても、正確な流量測定を行えるカルマン渦型流量計を構成する。【解決手段】流路中に配置された渦発生体の下流側に発生するカルマン渦を検出センサーにより検出することで、前記流路を流れる流体の流量を計測するカルマン渦型流量計による流量計測方法であって、前記流路の外側又は内側に設けられた振動センサーによって流路の振動を検出するステップと、前記検出センサーの出力を、前記振動センサーの出力に基づいて補正して出力する補正出力ステップと、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路中に配置された渦発生体の下流側に発生するカルマン渦を検出センサーにより検出することで、前記流路を流れる流体の流量を計測するカルマン渦型流量計による流量計測方法であって、
前記流路の外側に設けられた振動センサーによって流路の振動を検出するステップと、
前記検出センサーの出力を、前記振動センサーの出力に基づいて補正して出力する補正出力ステップと、
を有することを特徴とするカルマン渦型流量計による流量計測方法。
【請求項２】
前記振動センサーは圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の流量計測方法。
【請求項３】
前記補正出力ステップは、前記検出センサーの出力と前記振動センサーとの出力に対し、差動増幅演算を行う差動増幅ステップであることを特徴とする請求項１または２に記載の流量計測方法。
【請求項４】
前記振動センサーから得られた検出結果をフーリエ解析して前記流路の振動周波数情報を算出するステップを有し、
前記補正出力ステップは、前記検出センサーの出力から前記流路の振動成分を除去する処理を行う振動周波数除去ステップであることを特徴とする請求項１または２に記載の流量計測方法。
【請求項５】
流路の内部に配置された渦発生体と、
前記渦発生体によって発生した渦を振動として検出する検出センサーと、
前記検出センサーの検出結果を外部に出力する出力部と、
前記流路の振動を検出する振動センサーと
を備え、
前記出力部は、前記検出センサーの出力を、前記振動センサーの出力によって補正して外部に出力することを特徴とするカルマン渦型流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルマン渦を検出することで流体の流量を計測するカルマン渦型の流量計による流量計測方法およびカルマン渦型流量計の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルマン渦型の流量計では、流路内に渦発生体を配置し、渦発生体の下流側に発生するカルマン渦の周期を、渦発生体の下流側に配置した渦検知手段で検出することによって流量を計測している。渦検知手段は、様々な方法が提案されているが、圧電素子である事が一般的である。
【０００３】
渦検知手段として圧電素子を用いた場合、流路内を流れる流体の流速が遅いと、圧電素子の出力が小さく、流路に機械的な振動が加わる使用環境下では、振動による圧電素子の出力と渦による出力とを弁別する事が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９８８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、カルマン渦型の流量計に関する物であり、従来提案されてきたカルマン渦型の流量計に対し、流路の振動の影響を軽減する事が出来、低流量域でも高精度な流量計測を行える流量計測手段を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるカルマン渦型の流量計では、流路内あるいは流路外に流路の振動を検出する振動センサーを備え、振動センサーからの情報を基に流量センサーの出力信号から、流路の振動による成分を除去する手段を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、流路への振動による測定値の誤差を発生しにくいカルマン渦型流量計を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例に係る流量計の断面を示す斜視断面図。
【図２】センサーからの信号を増幅する増幅器の一例を示す図。
【図３】本発明の他の実施例に係る流量計を示す図。
【図４】本発明の他の実施例に係る流量計を示す図。
【図５】図４に示す処理系の動作を説明する為の図。
【図６】流路の振動のスペクトルを示す図。
【図７】本発明の他の実施例に係る流量計を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施例１）
本発明は、流路の振動の影響を受けにくいカルマン渦型流量計を提供するものである。以下、図面を参照しながら本発明の実施例１について説明する。図１に、本発明の実施例１に係るカルマン渦型流量計の斜視断面図を示す。
【００１０】
フランジ１及び２で他の装置に接続されたパイプ３の内部には、流体が流れる経路（流路）に沿って、渦発生体４及び渦検出用の検出センサーとして第一の圧電素子５が配置されている。この様な構成においてパイプ３の内部に矢印６の方向に流体が流れると、渦発生体４の下流側に渦７及び８が発生する。発生した渦が第一の圧電素子５の近傍を通過した時に、第一の圧電素子からは電圧が出力され、出力された電圧は差動増幅回路９に入力される。一方、パイプ３の外側で、第一の圧電素子５の近傍に対応する位置には、振動センサーとしての第二の圧電素子１０が配置されている。図１に示すように、第二の圧電素子１０は、パイプ３の外周面に取り付けられていることが好ましい。本実施例においては、第一の圧電素子５の検出面とパイプ３の流路方向における位置が同一となるパイプ３の外周面上に第二の圧電素子１０を配置している。
【００１１】
ここで、図２に差動増幅回路９の一例を示す。入力１から入力された信号は、ＩＣ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ１により構成された第一の増幅器３１により増幅される。同様に、入力２から入力された信号は、ＩＣ２、Ｒ７、Ｒ１０、Ｒ１２により構成された第ニの増幅器３２により増幅される。２つの増幅器で増幅された信号は、ＩＣ３、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ９によって構成された差動増幅部３３により、入力１と入力２の信号の差分が差動増幅演算された出力として外部へ取り出される。この場合、差動増幅部３３（差動増幅器９）が出力部として外部出力を行う。
【００１２】
実際には、差動増幅回路９の入力には図１に示した第一の圧電素子５の出力と、第二の圧電素子１０の出力が印加される。この様な構成で、さらに、第一の増幅器３１と第二の増幅器３２の利得は、測定系の振動により発生する信号を打ち消す様に調整されている。ここで、調整を行い易くするために、差動増幅回路９で増幅度を決定する部分に使用される部品は、可変抵抗を使用してもよい。
【００１３】
また、増幅度の調整を行う際には、流路中に流体が存在しても流れていない、あるいは流体が流路を満たしていない状態で装置を動作させたときに、最も差動増幅回路９の出力が小さくなるように調整をおこなっても良い。この時、振動による第二の圧電素子１０の出力が第一の圧電素子５の出力を打ち消す様に調整できる様、第二の圧電素子１０は、調整可能な構造、位置でパイプに取り付けられていても良い。
【００１４】
また、図３に示すように、第一の圧電素子５及び第二の圧電素子１０は流体の流れ方向に対して、同じ位置に配置されることが望ましい。さらに、フランジ２部分に流体が流入する際の乱流の影響を小さくする為、流入側のフランジ２から出来るだけ流れ方向に離れた位置に配置すると良い。また、図３では第一の圧電素子５と第二の圧電素子１０とを流路の径方向に対して離して配置しているが、２つの圧電素子を出来るだけ近傍に配置し、流路の壁面を挟んで隣接させても良い。この構成によるカルマン渦型流量計の計測方法によれば、流路が振動した際に、２つの圧電素子に生じる出力を同等に近付けることができる。
【００１５】
さらにまた、第一の圧電素子５及び第二の圧電素子１０は、圧電素子が振動した場合に最大出力が得られる方向と極性を合わせておくことが望ましい。例えば、図１の第一の圧電素子５が流体の流れと直交する方向Ｙに振動した時に最大の感度を持つ場合、第二の圧電素子１０も流体の流れと直交する方向Ｙに振動した場合に最大感度となるように配置すると良い。
【００１６】
この様に構成された測定系によれば、流路を形成するパイプ３への振動の影響を、差動増幅器９と第二の圧電素子１０により低減したものを第一の圧電素子５からの出力の補正出力とすることができる。
【００１７】
図３に本発明の別の実施例を示す。この実施例では第一の圧電素子５と第二の圧電素子１０の出力が、それぞれＡ／Ｄ変換手段１１及び１２によりデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換手段１２によりデジタルデータに変換されたパイプの振動情報は、補正量算出手段１３によって適正な補正量に変換される。このとき、補正量算出手段は、予め測定しておいた振動データと補正量の関係を示すテーブルを記憶しておくメモリー手段を用いるものであっても良い。補正量算出手段１３から出力されたデータは、加算手段１４によってＡ／Ｄ変換手段１１から出力された第一の圧電素子の出力データと演算され、パイプの振動の影響が除去される。
【００１８】
図４に、本発明の別の実施例を示す。この実施例では第二の圧電素子１５は流路内に配置され、なおかつ第一の圧電素子５と流路３内で概略対向する位置に設置されている。さらに、第二の圧電素子１５は、渦発生体４によって発生した渦による影響を与えない大きさ、位置で構成されている。
【００１９】
図５に本発明の別の実施例を示す。本実施例では、カルマン渦を検出する為の第一の圧電素子と流路の振動を検出する第二の圧電素子の出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段１７と、Ａ／Ｄ変換出力を周波数解析するＦＦＴ手段１８と、第一の圧電素子の出力と第二の圧電素子のどちらをＡ／Ｄ変換するか切り替える切り替え手段１６と、第一の圧電素子の振動情報と第二の圧電素子の振動情報からカルマン渦の周期を判定する判定手段２０と、全体を制御する制御手段１９を備えている。
【００２０】
この様な系において、第一の圧電素子の出力から図６（ｂ）に示すスペクトル２２が、第二の圧電素子の出力から図６（ａ）に示すようなスペクトル２１が得られたとする。この時、スペクトル２２はカルマン渦により発生したセンサー出力のスペクトル（ｇ０,ｇ１,ｇ２）と、装置の振動により発生したスペクトル（ｆ０,ｆ１,ｆ２）を含んでいる。一方、スペクトル２１は装置の振動により発生したスペクトル（ｆ０,ｆ１,ｆ２）のみ含んでいる。よって、２つのスペクトルを比較し、第一の圧電素子の出力から得られたスペクトルから、第二の圧電素子の出力から得られたパイプ３の振動成分を除去する事で、カルマン渦の発生周波数（ｇ０）を特定する事ができる。このように、第二の圧電素子の検出結果をフーリエ解析して流路の振動周波数情報を算出したうえで、その周波数を除去する振動周波数除去処理を行うことによって、第一の圧電素子の出力から装置の振動成分を除去した補正出力を得ることができる。
【００２１】
図７に本発明の別の実施例を示す。図７に示す実施例では、第一の圧電素子５の上流側に存在する渦発生体４の内部に第二の圧電素子が組み込まれている。この場合、パイプ３に振動がない場合に、流量に応じて第二の圧電素子に生じる振動を事前に計測しておき、実際にパイプ３に流体を流した際に第二の圧電素子に現れる振動のみが差動増幅回路９に入力されるように調整する調整回路が渦発生体４の内部に含まれていることが好ましい。なお、上記実施形態と組み合わせて用いても良く、第二の圧電素子の出力を差動増幅回路９に入力せずに、補正量算出手段などに入力して第一の圧電素子の出力を補正するように構成しても良い。
【００２２】
なお本実施例では渦検出用の素子として圧電素子を適用する例について説明したが、渦検知を行う際に流路の振動を検出できる素子であれば、圧電素子に限られず、加速度センサやそれ以外の運動量の検出センサであって良い。
【００２３】
以上説明したように、本発明は、流路内の渦発生体の下流側に発生するカルマン渦を第一の圧電素子によって検出し、流路の振動を検出する振動センサーとしての第二の圧電素子の検出結果によってその出力を補正して外部へ出力することによって、流路の振動による第一の圧電素子への影響を抑えることができるカルマン渦型流量計およびその流量計測方法を提供するものである。
【符号の説明】
【００２４】
３：パイプ
４：渦発生体
５：第一の圧電素子
７：流路内に発生する渦
８：流路内に発生する渦
９：差動増幅器
１０：第二の圧電素子
１３：補正量算出手段
３１：第一の増幅器
３２：第二の増幅器
３３：差動増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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