(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流量計本体と、流体の流入方向に直角に面するように前記流量計本体に液密に支持された渦発生体と、該渦発生体から発生するカルマン渦による交番差圧を検出する一対の振動センサを備え、該一対の振動センサを互いに、カルマン渦による交番差圧に対しては逆位相の出力信号が得られ、前記流量計本体に外部から加わる振動に対しては同位相の出力信号が得られるような構成と成し、前記一対の振動センサの出力信号の差から流体流量を求めるようにした渦流量計において、前記渦発生体を前記流量計本体の直径上に両端を固着して取り付け、該渦発生体の中央部軸方向に、前記流量計本体を貫通して両側から外部に開口した上方計測室と下方計測室を穿設し、該上方計測室と下方計測室内に、それぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿入して固定し、前記渦発生体の両側面には、上方計測室内の振動センサに作用する圧力の方向と、下方計測室内の振動センサに作用する圧力の方向が逆になるように、それぞれ対をなす前記上方計測室及び下方計測室に連通する導圧孔を設けたことを特徴とする渦流量計。
【請求項２】
流体が流れる流量計本体と、流体の流入方向に直角に面するように前記流量計本体に液密に支持された渦発生体と、該渦発生体から発生するカルマン渦による交番差圧を検出する一対の振動センサを備え、該一対の振動センサを互いに、カルマン渦による交番差圧に対しては逆位相の出力信号が得られ、前記流量計本体に外部から加わる振動に対しては同位相の出力信号が得られるような構成と成し、前記一対の振動センサの出力信号の差から流体流量を求めるようにした渦流量計において、前記渦発生体の軸方向に、前記流量計本体を貫通して外部に開口した２つの計測室を穿設し、該２つの計測室内にそれぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿入して固定し、前記渦発生体の両側面には、前記２つの計測室の一方の計測室内の振動センサに作用する圧力の方向と、もう一方の計測室内の振動センサに作用する圧力の方向が逆になるように、それぞれ対をなす前記２つの計測室にそれぞれ連通する導圧孔を設けたことを特徴とする渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦流量計に関し、より詳細には、カルマン渦を検出する方式の渦流量計において、配管等の振動による外乱ノイズを取り除くことができる渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦流量計は、周知のように、流管内に設けられた渦発生体から発生するカルマン渦の単位時間当りの数が、所定レイノルズ数範囲内において流速に比例していることを利用した推測形の流量計である。また、渦流量計は、レイノルズ数が定まると、口径毎に定められた一定のメータ係数をもった渦信号が得られる。しかも、簡単な構成であるため広範囲な流量計測に使用されている。
【０００３】
このような渦流量計において、多く使用されている渦検出方法に、カルマン渦が渦発生体に作用する揚力又は交番差圧を渦発生体の内部に装着された振動体の振動から検出する方式のものがある。この方式では、渦を検出する振動体は直接測定流体に接するが、振動体の振動を検出し電気信号に変換するセンサ、例えば、圧電素子、ひずみゲージ、静電容量式等は、測定流体と接することがないので、不特定の流体を測定する流量計としては信頼性が高い。
【０００４】
しかし、渦発生体に作用する揚力変化又は圧力変化は、流体密度と流量の二乗に比例した量になるので、振動センサの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。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定められており、渦流量計の場合も同様である。このため、上記方式の渦流量計においては、振動センサの出力を小流量域では増幅率を上げ、大流量域では減衰特性をもたせた処理を行っている。
【０００５】
また、振動センサは、原理上、外部からの振動の影響を受けやすく、センサ出力波形もカルマン渦による波形と外乱振動による出力波形の区別が付かず、流量信号のみを取り出すことは不可能である。
その結果、配管振動等の外部振動による影響は、小流量域ほど、大きく、誤計測が起きやすくなり、特に流量が零のときには、流体が流れていないのに測定値が検出され、不都合が生じる場合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたもので、渦発生体から発生するカルマン渦による揚力又は交番差圧を振動体の振動から検出する方式の渦流量計において、配管振動等の外乱ノイズの影響を相殺し、より小流量領域まで安定して流量が検出できる渦流量計を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体が流れる流量計本体と、流体の流入方向に直角に面するように前記流量計本体に液密に支持された渦発生体と、該渦発生体から発生するカルマン渦による交番差圧を検出する一対の振動センサを備え、該一対の振動センサを互いに、カルマン渦による交番差圧に対しては逆位相の出力信号が得られ、前記流量計本体に外部から加わる振動に対しては同位相の出力信号が得られるような構成と成し、前記一対の振動センサの出力信号の差から流体流量を求めるようにした渦流量計において、前記渦発生体を前記流量計本体の直径上に両端を固着して取り付け、該渦発生体の中央部軸方向に、前記流量計本体を貫通して両側から外部に開口した上方計測室と下方計測室を穿設し、該上方計測室と下方計測室内にそれぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿入して固定し、前記渦発生体の両側面には、上方計測室内の振動センサに作用する圧力の方向と、下方計測室内の振動センサに作用する圧力の方向が逆になるように、それぞれ対をなす前記上方計測室及び下方計測室に連通する導圧孔を設けたものである。
【００１０】
また、本発明は、流体が流れる流量計本体と、流体の流入方向に直角に面するように前記流量計本体に液密に支持された渦発生体と、該渦発生体から発生するカルマン渦による交番差圧を検出する一対の振動センサを備え、該一対の振動センサを互いに、カルマン渦による交番差圧に対しては逆位相の出力信号が得られ、前記流量計本体に外部から加わる振動に対しては同位相の出力信号が得られるような構成と成し、前記一対の振動センサの出力信号の差から流体流量を求めるようにした渦流量計において、前記渦発生体の軸方向に、前記流量計本体を貫通して外部に開口した２つの計測室を穿設し、該２つの計測室内にそれぞれ前記一対の振動センサのうちの１個を挿入して固定し、前記渦発生体の両側面には、前記２つの計測室の一方の計測室内の振動センサに作用する圧力の方向と、もう一方の計測室内の振動センサに作用する圧力の方向が逆になるように、それぞれ対をなす前記２つの計測室にそれぞれ連通する導圧孔を設けたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、実施例をあげて、図面により説明する。
（実施例１）
図１は、本発明における渦流量計の一実施例の構成を示す図で、（Ａ）は部分側断面図、（Ｂ）は一部（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
図中、１は本体、２−１，２−２は取付座、３は渦発生体、４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂは導圧孔、５−１，５−２は計測室、６−１，６−２は振動センサである。
【００１４】
図において、渦流量計の本体１は、円筒状で、被測定流体の流通する配管に介装され、その筒体上部面及び下部面には、径方向対照に取付座２−１，２−２を配設してある。この取付座２−１，２−２の面に直角な方向で、かつ本体１の直径上に、渦発生体３が、矢印に示す流体の流入方向に直角に面するように液密に固着してある。渦発生体３の中央部軸方向に、両側から上下二つの計測室５−１，５−２を穿設し、更に、計測室５−１，５−２は、本体１の取付座２−１，２−２を貫通して外部に開口してある。
【００１５】
振動センサ６−１，６−２は、センサフランジ６−１ａ，６−２ａと、それに続く円筒状の検出筒６−１ｂ，６−２ｂと、先端部に短冊状の振動体６−１ｃ，６−２ｃが一体的に形成されてなる。計測室５−１，５−２内には、それぞれ振動センサ６−１，６−２を挿入し、センサフランジ６−１ａ，６−２ｂを介して本体１の取付座２−１，２−２に片持ち方式に固着してある。そのとき振動体６−１ｃ，６−２ｃの受圧面は、同じ方向となるように配設されている。
【００１６】
また、渦発生体３の両側面には、それぞれ対をなす上方の計測室５−１に連通する導圧孔４−１ａ，４−１ｂ、下方の計測室５−２に連通する導圧孔４−２ａ，４−２ｂが開口してある。図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、計測室５−１内の振動体６−１ｃに作用する圧力の方向と、計測室５−２内の振動体６−２ｃに作用する圧力の方向が逆になるように、この例では導圧孔４−１ａは、振動体６−１ｃの上流側に、そして、導圧孔４−１ｂは下流側に開口し、導圧孔４−２ａは、振動体６−２ｃの下流側、導圧孔４−２ｂは、上流側に開口している。
【００１７】
そして、振動体６−１ｃ，６−２ｃに印加される力を、例えば、検出筒６−１ｂ，６−２ｂ内に封入された圧電素子等の力検出素子、又は、ひずみ検出素子等の振動検出素子により検出する。
このように構成した渦流量針本体１には、アンプ部（図示せず）が取り付けられ、振動センサ６−１，６−２の出力が入力され、演算される。アンプ部からの出力は、リード線(図示せず)を介して外部に伝送される。
【００１８】
上述のように構成された渦流量計は、本体１は配管フランジ(図示せず)間にボルト等により固着される。そして矢印流入方向からの流れにより渦発生体３から剥離した力ルマン渦は、渦発生体３の両側面に交番圧力変化を発生する。この交番圧力変化は、渦発生体３に設けられた導圧孔４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂから振動体６−１ｃ，６−２ｃに、それぞれ逆方向に作用し、振動センサ６−１，６−２から互いに逆位相の渦信号が出力される。
【００１９】
一方、外乱振動による振動は、振動体６−１ｃ，６−２ｃに同じ方向に作用し、振動センサ６−１，６−２から同位相の振動信号を生ずる。この各振動センサ６−１，６−２の出力信号は、導線(図示せず)を介してアンプ部に導入され、その出力は、リード線により外部に伝送される。
アンプ部は、差動増幅回路を構成し、そのアンプの反転入力、非反転入力には、それぞれ両振動センサ６−１，６−２の出力信号が入力されており、振動センサ６−１，６−２の出力信号の同相分は相殺され、逆相分のみが増幅された出力が得られる。
このようにすれば、アンプ部からは、外部振動による出力は相殺され、渦振動成分は倍の出力が得られる。
【００２０】
図２は、アンプ部の機能を説明するための模式図で、図２（Ａ）は、振動センサ６−１，６−２の渦振動による出力信号、図２（Ｂ）は、外部振動による出力信号を示し、図２（Ｃ），（Ｄ）は、それぞれアンプ部の出力信号を示す。
この演算処理による外部振動成分の相殺、渦振動成分の増幅機能は、以下の実施例においても同様である。
【００２１】
（実施例２）
図３は、本発明による渦流量計の別の実施例の構成を示す図で、（Ａ）は部分側断面図、（Ｂ）は一部（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
図１と共通する構成要素は、同じ符号を付した。図中、１は本体、２−１，２−２は取付座、３は渦発生体、４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂは導圧孔、５−１，５−２は計測室、６−１，６−２は振動センサである。
【００２２】
図３において、本体１は流体が流れる筒状体で、本体１には、矢印の流れ方向に直角に渦発生体３が液密に両端固着されている。渦発生体３の上面には、軸方向に、流れ方向前後に二つの計測室５−１，５−２を穿設し、更に、計測室５−１，５−２は、本体１の取付座２−１，２−２を貫通して外部に開口してある。振動センサ６−１，６−２は、センサフランジ６−１ａ，６−２ａと、検出筒６−１ｂ、６−２ｂと、短冊状の振動体６−１ｃ，６−２ｃからなる。計測室５−１，５−２内には、それぞれ振動センサ６−１，６−２を挿入し、センサフランジ６−１ａ，６−２ｂを介して本体１の取付座２−１，２−２に片持ち方式に固着してある。このときも、前の実施例と同様、振動体６−１ｃ，６−２ｃの受圧面は、同じ方向を向くように配設されている。
【００２３】
また、渦発生体３の両側面には、それぞれ対をなす前方の計測室５−１に連通する導圧孔４−１ａ，４−１ｂ、後方の計測室５−２に連通する導圧孔４−２ａ，４−２ｂが開口してある。図３（Ｂ）に示すように、計測室５−１内の振動体６−１ｃに作用する圧力の方向と、計測室５−２内の振動体６−２ｃに作用する圧力の方向が逆になるように、導圧孔４−１ａは、振動体６−１ｃの上流側に、そして、導圧孔４−１ｂは下流側に開口し、導圧孔４−２ａは、振動体６−２ｃの下流側、導圧孔４−２ｂは、上流側に開口している。そして、振動体６−１ｃ，６−２ｃに印加される力は、例えば、検出筒６−１ｂ，６−２ｂ内に内蔵された圧電素子等の力検出素子、又は、ひずみ検出素子等の振動検出素子により検出される。
【００２４】
そして、この場合も、矢印流入方向からの流れにより渦発生体３から剥離した力ルマン渦は、渦発生体３の両側面に交番圧力変化を発生する。この交番圧力変化は、渦発生体３に設けられた導圧孔４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂから振動体６−１ｃ，６−２ｃの両面にそれぞれ逆方向に作用し、振動センサ６−１，６−２から互いに逆位相の渦信号が出力される。一方、外乱振動による振動は、振動体６−１ｃ，６−２ｃに同じ方向に作用し、振動センサ６−１，６−２から同位相の振動信号を生ずる。この各振動センサ６−１，６−２の出力信号は、導線(図示せず)を介してアンプ部に導入され、引き算、増幅された後、リード線により外部に伝送される。
同様に、アンプ部からの出力は、外部振動による出力は相殺され、渦振動によるものは倍の出力が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、検出素子が内蔵された振動体を一対として渦発生体内に有し、該渦発生体によって生じるカルマン渦による、流体圧を各振動体に導き、これら一対の振動体が受ける振動の位相を、外乱振動に対しては同位相、カルマン渦による振動に対しては逆位相となるようにするという簡単な構成により、両検出素子の出力信号の差をとるだけで、カルマン渦信号成分のみが増幅され、振動ノイズ成分は相殺された信号が得られ、小流量域で特に問題となる外部からの振動の影響を除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による渦流量計の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】  本発明による渦流量計における作用効果を説明するための図である。
【図３】  本発明による渦流量計の第２の実施例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…流量計本体、２−１，２−２…取付座、３…渦発生体、４−１ａ，４−１ｂ，４−２ａ，４−２ｂ…導圧孔、５−１，５−２…計測室、６−１，６−２…振動センサ、６−１ａ，６−２ａ…センサフランジ、６−１ｂ，６−２ｂ…検出筒、６−１ｃ，６−２ｃ…振動体。
【図１】
0003712341.tif 000002
【図２】
0003712341.tif 000003
【図３】
0003712341.tif 000004