(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦発生体と該渦発生体に生じる変動応力を検出するセンサとを有する本体と、該変動応力に応じて前記センサから出力される信号を増幅整形し流体の流量を出力するプリアンプ部と、前記センサから前記プリアンプ部に至る導線を挿通し該プリアンプ部を前記本体に取り付ける取付筒とを備えた渦流量計であって、
前記取付筒は、前記本体に固定されるベース部と、該ベース部上に配設される筒状部とを別体で備え、前記ベース部の上端部または前記筒状部の下端部のいずれか一方が断面凸形状、他方が断面凹形状にそれぞれ形成され、
前記ベース部の上端部と前記筒状部の下端部とが嵌合した状態で、前記ベース部の上端部端面と前記筒状部の下端部端面とが摺動可能に接触していることを特徴とする渦流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の渦流量計において、前記ベース部の上端部端面と前記筒状部の下端部端面とが流体の流れ方向に直交する方向に摺動可能としたことを特徴とする渦流量計。
【請求項３】
請求項１または２に記載の渦流量計において、前記ベース部の上端部と前記筒状部の下端部とが嵌合した状態で、互いに対向する前記ベース部の上端部側面と前記筒状部の下端部側面との間に隙間が設けられていることを特徴とする渦流量計。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の渦流量計において、前記筒状部の下端部には、側方に突出したフランジが形成されており、前記筒状部のフランジと前記ベース部とが非接触の状態で締結部材により締結されていることを特徴とする渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦流量計に関し、より詳細には、渦発生体に生じる変動応力を検出することにより被測定流体の流量を計測する渦流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、渦流量計には、渦発生体に作用する揚力または渦による交番圧力などの変動応力を検出する方式のものがある。このような方式では、渦発生体により発生する変動応力を検出するセンサが直接被測定流体に接することがないので、不特定の流体を計測する流量計として信頼性が高い。しかしながら、渦発生体に作用する揚力変化または圧力変化は、流体密度と流量の二乗に比例した量になるので、センサ出力は大流量域では高いが、小流量域では極度に小さくなる。
【０００３】
一般に、流量計としては、測定範囲が大きいほど流量測定の適用範囲が広くなるので、広レンジの流量比が求められている。このことは渦流量計の場合も同様である。このため、上述の渦検出方式においては、プリアンプの増幅率は小流量域では高く、大流量域では減衰特性をもたせている。この結果、小流量域ほど、配管振動等の外部振動の影響を大きく受け、誤動作が起き易くなる。
【０００４】
上記のような渦流量計は、構造が簡単で、流体が流れる本体内に渦発生体を配設し、さらに、渦発生体内に渦検出（変動応力検出）用のセンサを収容した構造となっている。また、この渦流量計は、本体（渦発生体）内のセンサからプリアンプ部に至る導線を挿通させるための取付筒を有し、この取付筒の一端が本体に、他端がプリアンプ部に固定される。そして、取付筒内に挿通された導線を介してセンサからの信号をプリアンプ部に入力するようにしている。このような構造の渦流量計が配管に介装されると、プリアンプ部は取付筒を介して配管からの振動を受け、さらに、プリアンプ部の振動は取付筒を介して本体内のセンサに伝播される。つまり、本体内のセンサに対して、プリアンプ部の重量と取付筒の長さとからモーメントに基づく応力が伝播してノイズとなるため、取付筒の構造や形状が耐振性の向上を図る上で重要な問題となる。
【０００５】
図８は、従来の渦流量計の取付筒を示す断面図で、図中、１００は取付筒を示す。取付筒１００は、変動応力を検出する渦流量計の本体（渦発生体）に固定されるベース部１０１と、プリアンプ部に固定される筒状部１０２とからなり、ベース部１０１と筒状部１０２とがステンレス鋼等の金属で一体成形されている。このような取付筒１００では、プリアンプ部（変換器ともいう）の高機能化に伴い大型化したプリアンプ筐体を載せると、渦流量計本体からの外乱振動が取付筒１００を介してプリアンプ筐体に伝わり、さらに、この振動が重量が重く慣性力の大きなプリアンプ筐体により増幅され、プリアンプ筐体から取付筒１００を介して渦流量計本体内のセンサに伝えられてしまう。
【０００６】
上記の現象は、渦流量計の固有振動周波数における共振時に顕著に現れるが、この固有振動周波数は渦流量計の口径、流体種別に応じて計測範囲に近くなる場合がある。例えば、口径５０ｍｍの気体計測においては、最小流量時の周波数が１０４Ｈｚで上記の固有振動周波数に近くなる。このため、Ｓ／Ｎの低下が著しく、停止時発信や誤出力などの問題があった。
【０００７】
これに対して、例えば、特許文献１には、プリアンプ部からの外乱振動による誤動作を防止するために、取付筒を構成する筒状部の材質を制振作用の大きい金属材料とした渦流量計が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１０２０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載の渦流量計の場合、制振合金として、例えば、Ｍｇ−Ｚｒ（マグネシウム−ジルコニウム）、Ａｌ−Ｚｎ（アルミニウム−亜鉛）などの合金で、対数減衰率が５０×１０−３以上のものが使用される。しかしながら、このような制振合金は特殊なものであるため高価で入手が難しく、一般的なステンレス鋼などに比べて耐食性についても問題があった。
【００１０】
また、通常の振動抑制対策として、例えば、防振ゴムや硬度の低い樹脂系部品などが使用されているが、このような部品を渦流量計に使用すると、高温時での使用が困難となるため、望ましくない。
【００１１】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、プリアンプ部を内蔵した大型筐体を流量計本体から延設された取付筒に載せた場合でも、取付筒に特殊な制振合金などを用いることなく、外乱振動を抑制できる渦流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、渦発生体と該渦発生体に生じる変動応力を検出するセンサとを有する本体と、該変動応力に応じて前記センサから出力される信号を増幅整形し流体の流量を出力するプリアンプ部と、前記センサから前記プリアンプ部に至る導線を挿通し該プリアンプ部を前記本体に取り付ける取付筒とを備えた渦流量計であって、前記取付筒は、前記本体に固定されるベース部と、該ベース部上に配設される筒状部とを別体で備え、前記ベース部の上端部または前記筒状部の下端部のいずれか一方が断面凸形状、他方が断面凹形状にそれぞれ形成され、前記ベース部の上端部と前記筒状部の下端部とが嵌合した状態で、前記ベース部の上端部端面と前記筒状部の下端部端面とが摺動可能に接触していることを特徴としたものである。
【００１３】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記ベース部の上端部端面と前記筒状部の下端部端面とが流体の流れ方向に直交する方向に摺動可能としたことを特徴としたものである。
【００１４】
第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記ベース部の上端部と前記筒状部の下端部とが嵌合した状態で、互いに対向する前記ベース部の上端部側面と前記筒状部の下端部側面との間に隙間が設けられていることを特徴としたものである。
【００１５】
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記筒状部の下端部には、側方に突出したフランジが形成されており、前記筒状部のフランジと前記ベース部とが非接触の状態で締結部材により締結されていることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流量計本体から延設される取付筒をベース部と筒状部の２分割構造としたため、プリアンプ部を内蔵した大型筐体を取付筒に載せた場合でも、取付筒に特殊な制振合金などを用いることなく、外乱振動を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る渦流量計の構成例を示す図である。
【図２】図１の渦流量計を構成するセンサの外観の一例を示す図である。
【図３】図１の渦流量計を構成する取付筒を斜めから見た状態の一例を示す図である。
【図４】図３の取付筒をＹ方向から見たときの図、および、図３の取付筒のＺＺ断面を示す図である。
【図５】図３のＷＷ断面を模式的に示した図である。
【図６】本発明による取付筒の他の例を示す図である。
【図７】本発明の渦流量計に対して行った振動試験の評価結果の一例を示す図である。
【図８】従来の渦流量計の取付筒を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の渦流量計の好適な実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流量計の構成例を示す図である。図１（Ａ）は流れ方向に直交する方向から見た部分側断面図を示し、図１（Ｂ）は流れ方向から見た一部矢視Ｘ−Ｘ断面図を示す。図中、１は本体、２は渦発生体、３はセンサ、４はプリアンプ部、５は取付筒を示す。
【００２０】
渦流量計の本体１は、円筒形状をなし、その筒体上面には、プリアンプ部４を本体１に取り付けるための取付筒５が配設される。この取付筒５は本体１に例えばボルトなどの締結部材により固定される。渦発生体２は、本体１の直径上であって、本体１内に流体の流れ（図１（Ａ）の矢印方向）に直角に配設されている。また、渦発生体２の中央部軸方向には計量室２ａが穿設されている。計量室２ａの上端は開口しており、この開口からセンサ３が挿入され所定位置に固定される。また、渦発生体２の両側面には、計量室２ａに連通する導圧口２ｂが開口している。
【００２１】
このように構成された渦流量計は、図１（Ａ）に示す矢印方向からの流体の流れに対して、渦発生体２によってカルマン渦が発生する。そして、発生したカルマン渦は、渦発生体２の両側面に交番圧力変化を発生させる。この交番圧力変化は、変動応力として、導圧口２ｂからセンサ３の両側面に作用し、センサ３から変動応力に応じた信号（以下、渦信号という）が出力される。この渦信号は取付筒５内の導線を介してプリアンプ部４に送信され、プリアンプ部４では渦信号を増幅整形し流体の流量を出力する。つまり、カルマン渦の発生に伴う渦周波数（渦信号）は、流体の流れる速さ（流速）に比例し、その関係式は以下のようになる。
ｆ＝Ｓｔ・Ｖ／ｄ
ここで、ｆは渦周波数、Ｖは流体の平均流速、ｄは渦発生体の幅、Ｓｔはストローハル数（定数）である。
【００２２】
このストローハル数は、レイノルズ数（流れの状態を決める数値）により変化し、広いレイノズル数範囲ではほぼ一定となる。従って、ストローハル数が一定の範囲では、渦周波数ｆは平均流速Ｖに比例し、渦発生体の幅ｄは既知であるため、結果的に渦周波数ｆを検出することにより配管内の平均流速Ｖが分かり、その平均流速Ｖに配管の断面積（既知）を乗じることで流量（容積流量）を求めることができる。
【００２３】
図２は、図１の渦流量計を構成するセンサ３の外観の一例を示す図である。センサ３は、圧電素子などで構成されるセンサ部３１と、センサ部３１から出力される渦信号を送信するための導線（図示せず）と、この導線を収容する細径の金属パイプ（ステンレス鋼等）３２と、金属パイプ３２の先端部分から導線を引き出す引き出し線３３とにより構成されている。この引き出し線３３には、２つの端子が取り付けられており、これら２つの端子がプリアンプ部４に接続される。センサ３は、センサ部３１の部分が渦発生体２内に挿入され、金属パイプ３２の部分が取付筒５内に挿通される。このセンサ３により、渦発生体２による発生した渦に伴う圧力変動を検出することができる。
【００２４】
図３は、図１の渦流量計を構成する取付筒５を斜めから見た状態の一例を示す図である。図４（Ａ）は、図３の取付筒５をＹ方向から見たときの図である。また、図４（Ｂ）は、図３の取付筒５のＺＺ断面を示す図である。このように、取付筒５は、本体１（図１）に固定されるベース部５１と、ベース部５１上に配設される筒状部５２とを備え、これらベース部５１と筒状部５２とがステンレス鋼等の金属により別体で成形されている。
【００２５】
本例の場合、図４（Ｂ）に示すように、ベース部５１の上端部が断面凸形状、筒状部５２の下端部が断面凹形状にそれぞれ形成されている。そして、ベース部５１の上端部と筒状部５２の下端部とが嵌合した状態で、ベース部５１の上端部端面５１ａと筒状部５２の下端部端面５２ａとが摺動可能に接触している。なお、渦流量計として組み立てられた状態では、ベース部５１の下端部側が本体１に固定され、筒状部５２の上端部側にプリアンプ部４が固定される。
【００２６】
ここで、振動防止の対策としては、一般的に、耐振、制振、免振の３種に分類されるが、本発明による取付筒５はこのうちの免振原理を利用している。免振とは例えば２つの物体間において一方が振動源である場合、この振動源との繋がりを切ることで振動の伝達を防止するものである。すなわち、図４（Ａ）に示すように、筒状部５２の下端部には、側方に突出したフランジ５３が形成されている。そして、取付筒５は、ベース部５１と筒状部５２のフランジ５３とが非接触の状態で締結部材の一例である４本のボルト（例えば、Ｍ５ボルト）５４を用いて締結されている。なお、本例の場合、締め付けトルクはＭ５ボルトでの標準トルクとすればよい。
【００２７】
また、ベース部５１と筒状部５２との接触面は、図４（Ｂ）に示すように、ベース部５１の上端部端面５１ａと筒状部５２の下端部端面５２ａのみとしている。そして、ベース部５１の上端部と筒状部５２の下端部とが嵌合した状態で、互いに対向するベース部５１の上端部側面と筒状部５２の下端部側面との間に隙間Ｓが設けられている。この隙間Ｓは例えば全周にわたり約０．５ｍｍ程度とする。ここで、図３に示すように、取付筒５の主たる振動方向は、流体の流れ方向に直交する方向と考えられる。
【００２８】
図５は、図３のＷＷ断面を模式的に示した図である。図５（Ａ）に示す振動のない状態の取付筒５に図中矢印の方向（つまり、流体の流れ方向に直交する方向）に振動が加えられた場合、図５（Ｂ）に示すように、ベース部５１の上端部端面５１ａと筒状部５２の下端部端面５２ａとが図中矢印の方向（流体の流れ方向に直交する方向）に摺動する。
【００２９】
このような構造とすることで、共振時に極微小ながら接触面での摺動が可能となり、外乱振動による振動エネルギーが摺動時の摩擦によって熱エネルギーに変換される。このため共振時における外乱振動の伝達を抑制することができる。すなわち、本体１（図１）で外乱振動が発生した場合には、取付筒５によりこの外乱振動がプリアンプ部４に伝達されるのを抑制できる。また、プリアンプ部４に伝達された振動は、重量が重く慣性力の大きなプリアンプ部４により増幅されるが、このプリアンプ部４で増幅された振動は取付筒５により抑制され、本体１内のセンサ３に伝達されるのを防止できる。
【００３０】
図６は、本発明による取付筒の他の例を示す図で、図中、５′は取付筒を示す。本例の取付筒５′の場合、図３〜図５に例示した取付筒５とは逆に、ベース部５１′の上端部端面５１ａ′が断面凹形状、筒状部５２′の下端部端面５２ａ′が断面凸形状にそれぞれ形成されている。図６（Ａ）は取付筒５′を流体の流れ方向に直交する方向から見たときの要部断面を模式的に示した図であり、図６（Ｂ）は取付筒５′を流体の流れ方向から見たときの要部断面を模式的に示した図である。
【００３１】
この取付筒５′は、図３〜図５に例示した取付筒５と同様であるが、ベース部５１′の上端部と筒状部５２′の下端部とが嵌合した状態で、ベース部５１′の上端部端面５１ａ′と筒状部５２′の下端部端面５２ａ′とが摺動可能に接触している。なお、渦流量計として組み立てられた状態では、ベース部５１′の下端部側が本体１に固定され、筒状部５２′の上端部側にプリアンプ部４が固定される。
【００３２】
そして、図６（Ａ）に示すように、筒状部５２′の下端部には、側方に突出したフランジ５３′が形成されている。そして、取付筒５′は、ベース部５１′と筒状部５２′のフランジ５３′とが非接触の状態で締結部材の一例である４本のボルト（例えば、Ｍ５ボルト）５４′を用いて締結されている。また、ベース部５１′と筒状部５２′との接触面は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ベース部５１′の上端部端面５１ａ′と筒状部５２′の下端部端面５２ａ′のみとしている。そして、ベース部５１′の上端部と筒状部５２′の下端部とが嵌合した状態で、互いに対向するベース部５１′の上端部側面と筒状部５２′の下端部側面との間に隙間Ｓが設けられている。
【００３３】
図７は、本発明の渦流量計に対して行った振動試験の評価結果の一例を示す図である。図１に示した構造の渦流量計に、従来の一体型取付筒（従来品：図８）と、本発明の別体型取付筒（本発明品：図４）とをそれぞれ取り付けて振動試験を行った。つまり、取付筒の構造のみが異なる２種類の渦流量計に対して同条件で振動試験を行った。振動試験器の設定は、加振Ｇを０．３Ｇ，加振（振動）周波数を５０〜４０００Ｈｚ順方向スイープ（この周波数範囲で順方向に連続的に変化させる）、加振時間を１５分とした。また、プリアンプ部（変換器）の設定は、口径を５０ｍｍ、流体種別をガス、アンプゲインを最小流量（１０４Ｈｚ）時の平均出力１００ｍＶＰ−Ｐとした。また、振動を与える方向を、流体の流れ方向に直交する方向とした。
【００３４】
図７（Ａ）は振動試験の評価結果の一例を示す図で、図中、１１は本発明品による振動特性、１２は従来品による振動特性を示し、横軸は振動周波数（Ｈｚ）、縦軸はプリアンプ部で検出された振動出力（ｍＶＰ−Ｐ）を示す。このように、本発明品、従来品共に振動周波数が１１５Ｈｚで振動出力が最大値を取る。すなわち、本発明品、従来品共に最大振動出力時の固有周波数が１１５Ｈｚとなる。図７（Ａ）の評価結果をまとめたものを図７（Ｂ）に示す。
【００３５】
図７（Ｂ）に示すように、従来品の場合、固有周波数が１１５Ｈｚ、そのときの振動出力（最大出力）が２３０ｍＶＰ−Ｐであり、また、本発明品の場合、固有周波数が１１５Ｈｚ、そのときの振動出力（最大出力）が１４４ｍＶＰ−Ｐであった。これより、本発明品の別体構造のほうが、従来品の一体構造と比べて、最大振動出力が約３７％程度低減されており、振動特性が改善されていることが分かる。
【００３６】
なお、これまでの説明では、取付筒５の筒形状を断面円形状として説明したが、これ以外の形状であってもよく、例えば、断面楕円形状や、断面矩形状としてもよい。
【００３７】
このように、本発明による渦流量計は、流量計本体から延設される取付筒をベース部と筒状部の２分割構造とし、ベース部と筒状部との接触面が極力小さくなるように構成されている。そして、この接触面ではベース部の上端部端面と筒状部の下端部端面とが摺動可能に接触しているため、プリアンプ部を内蔵した大型筐体を取付筒に載せた場合でも、大型筐体による振動の増幅を抑え、外乱振動を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…渦流量計の本体、２…渦発生体、２ａ…計量室、２ｂ…導圧口、３…センサ、４…プリアンプ部、５，５′…取付筒、５１，５１′…ベース部、５１ａ，５１ａ′…上端部端面、５２，５２′…筒状部、５２ａ，５２ａ′…下端部端面、５３…フランジ、５４…ボルト。
【図１】
0005416798.tif 000002
【図２】
0005416798.tif 000003
【図３】
0005416798.tif 000004
【図４】
0005416798.tif 000005
【図５】
0005416798.tif 000006
【図６】
0005416798.tif 000007
【図７】
0005416798.tif 000008
【図８】
0005416798.tif 000009