(57)【要約】【課題】一体形のメリットを生かしながら、低流速での感度低下がなく、振動等によるノイズＮの影響を受けにくい形状により、Ｓ／Ｎを向上し測定の信頼性を向上した渦流量計を実現する。【解決手段】流体が流れる測定管路と、前記流体内に渦を発生させる柱状の渦発生体と、前記渦発生体に作用する揚力を検出する揚力検出部とを含む渦流量計において、前記渦発生体は、前記流体の流れ方向に直交する方向に所定幅（ｄ）を有し、前記揚力検出部は、ベーン状の形態を有し、前記渦発生体の背後に前記流体の流れ方向に平行に配置され、前記渦発生体の上流側端部より前記揚力検出部の下流側端部までの距離をＬとするとき、Ｌ／ｄを０．５乃至２．５の範囲とした。【選択図】　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる測定管路と、前記流体内に渦を発生させる柱状の渦発生体と、前記渦発生体に作用する揚力を検出する揚力検出部とを含む渦流量計において、
前記渦発生体は、前記流体の流れ方向に直交する方向に所定幅（ｄ）を有し、
前記揚力検出部は、ベーン状の形態を有し、前記渦発生体の背後に前記流体の流れ方向に平行に配置され、
前記渦発生体の上流側端部より前記揚力検出部の下流側端部までの距離をＬとするとき、Ｌ／ｄを０．５乃至２．５の範囲としたことを特徴とする渦流量計。
【請求項２】
前記ベーン状の揚力検出部に、圧電バイモルフ型センサを埋め込んだことを特徴とする請求項１記載の渦流量計。
【請求項３】
前記ベーン状の揚力検出部の対向する面にひずみゲージを貼付または挿入したことを特徴とする請求項１記載の渦流量計。
【請求項４】
前記渦発生体の背後中央部に前記ベーン状の揚力検出部を一体に取り付けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流量計。
【請求項５】
前記渦発生体の背後中央部より所定距離をおいて前記ベーン状の揚力検出部を分離して配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流量計。
【請求項６】
前記渦発生体の両端部をエッジ加工したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の渦流量計。
【請求項７】
前記測定管及び前記渦発生体及び前記揚力検出部を合成樹脂で一体成型したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦流量計におけるカルマン渦の検出部構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７乃至図１０により、特開２００２−４８６１０で開示されている従来の渦流量計の検出部構造の概要を説明する。図７は、渦発生体と揚力検出部とが流体の流れ方向に所定距離隔て分離した、いわゆる２体形検出部の側断面図、図９は渦発生体の内部に揚力検出のための圧電バイモルフ型センサが埋め込まれた、いわゆる一体形検出部の側断面図である。
【０００３】
２体形検出部構造を示す図７において、１は合成樹脂で成型された測定管路、２は流体Ｆの流れ方向に直交して測定管路の内壁１ａより延長して成型された柱状の渦発生体、３はこの渦発生体２の下流に所定距離を隔てて同じく測定管路の内壁１ａより延長して成型されたベーン状の揚力検出部、４はこの揚力発生部に埋め込まれた板状の圧電バイモルフ型センサである。
【０００４】
図８は、図７の検出部構造を上面から見た拡大図である。渦発生体２は断面が略台形状となっており、その底辺が上流側で流れ方向Ｆと直交するように配置されている。揚力発生部３は薄板のベーン状であり、長手方向が流れ方向Ｆと平行に配置されている。
【０００５】
渦発生体２の上流側の流れと直交する幅をｄとし、渦の１周期の長さをＬｖとするとき、ｄ／Ｌｖ＝０．２８に設計するときに、安定な渦の揚力を検出できる。　更に、渦発生体２の上流側端部と揚力検出部３の中央部までの距離Ｌは、揚力検出部３が渦の安定な発生の妨げにならないように、Ｌ＝４ｄ程度離して配置される。
【０００６】
次に、一体形検出部構造を示す図９において、１は合成樹脂で成型された測定管路、２は流体Ｆの流れ方向に直交して測定管路の内壁１ａより延長して成型された柱状の渦発生体、４はこの渦発生体２に埋め込まれた圧電バイモルフ型センサである。
【０００７】
図１０は、図９の検出部構造を上面から見た拡大図である。渦発生体２は断面が略台形状となっており、その底辺が上流側で流れ方向Ｆと直交するように配置されている。この渦発生体２に埋め込まれた圧電バイモルフ型センサ４は、長手方向が流れ方向Ｆと平行に配置されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図７、図８で説明した２体形の検出部構造では、渦発生体２と揚力検出部３との距離が近い場合には、安定な渦が発生の障害となるので、前記のように所定距離Ｌを取って離す必要があり、下流になるに従い渦の減衰により感度が小さくなる問題がある。また、後に述べる一体形の場合に比べ、渦波形に高調波が重畳しやすく、渦カウント時にミスカウントしやすい問題があった。
【０００９】
図９、図１０で説明した一体形の検出部構造では、渦発生体にセンサを組み込むために、前記の２体形の問題はなくなる。しかしながら渦発生体２の形状は台形状をしており（断面２次モーメントが大きいので）、板状の圧電バイモルフ型センサに感度Ｓが充分取れず、低流速での感度低下が問題となる。また渦発生体２の自重も大きいので振動等によるノイズＮの影響を受けやすくなるので、Ｓ／Ｎが低下する問題がある。
【００１０】
図６（Ａ）は２体形の低流速、（Ｂ）は２体形の高流速における計測波形図であり、夫々（１）はセンサの検出信号波形、（２）は検出信号のフィルタリング波形、（３）はフィルタリング波形を整形した矩形波出力波形である。
【００１１】
この波形の比較で明らかなように、（Ａ）の低流速では、センサの信号レベルが小さく、ノイズレベル以下では矩形波出力が得られない。また（Ｂ）の高流速では、振動によるノイズの重畳が大きく矩形波出力にパルス状のノイズが重畳し、渦周波数測定時にカウントミスの発生要因となる。
【００１２】
このような一体形の問題に対応するために、渦発生体の形状を２体形の揚力検出部３に適用するようなベーン状とした場合には、流れにより渦はできるが安定には生成できず、安定な流量測定を行うことはできない。
【００１３】
本発明の目的は、一体形のメリットを生かしながら、低流速での感度低下がなく、振動等によるノイズＮの影響を受けにくい形状により、Ｓ／Ｎを向上し測定の信頼性を向上した渦流量計を実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する本発明の構成は次の通りである。
（１）流体が流れる測定管路と、前記流体内に渦を発生させる柱状の渦発生体と、前記渦発生体に作用する揚力を検出する揚力検出部とを含む渦流量計において、
前記渦発生体は、前記流体の流れ方向に直交する方向に所定幅（ｄ）を有し、
前記揚力検出部は、ベーン状の形態を有し、前記渦発生体の背後に前記流体の流れ方向に平行に配置され、前記渦発生体の上流側端部より前記揚力検出部の下流側端部までの距離をＬとするとき、Ｌ／ｄを０．５乃至２．５の範囲としたことを特徴とする渦流量計。
（２）前記ベーン状の揚力検出部に、圧電バイモルフ型センサを埋め込んだことを特徴とする請求項１記載の渦流量計。
（３）前記ベーン状の揚力検出部の対向する面にひずみゲージを貼付または挿入したことを特徴とする請求項１記載の渦流量計。
（４）前記渦発生体の背後中央部に前記ベーン状の揚力検出部を一体に取り付けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流量計。
（５）前記渦発生体の背後中央部より所定距離をおいて前記ベーン状の揚力検出部を分離して配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流量計。
（６）前記渦発生体の両端部をエッジ加工したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の渦流量計。
（７）前記測定管及び前記渦発生体及び前記揚力検出部を合成樹脂で一体成型したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の渦流量計。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明実施態様を、図面を用いて説明する。図１は本発明を適用した渦流量計の一例を示す検出部拡大図であり、図１（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側断面図である。
【００１６】
図２は、本発明を適用した渦流量計の全体構造図であり、（Ａ）は上断面図、（Ｂ）は側断面図、（Ｃ）は下流側より見た（矢印Ｐ）正面図である。図３は渦発生体２、揚力検出部３及び圧電型バイモルフセンサ４の拡大図である。この実施例では、測定管路１に形成した穴部１ｂに渦発生体２と揚力検出部３を一体にしたユニットを管路外部から挿入する構造となっている。
【００１７】
図１（Ａ）、図２（Ａ）及び図３で明らかなように、上面から見た渦発生体２と揚力検出部３は一体構造でＴ字形をしており、流体Ｆの流れ方向に直交して渦発生体の機能を有する（流れの剥離点となる）横棒部分の背後中央部に、縦棒部分である薄いベーン状の揚力検出部３が流れ方向に平行して結合し、この揚力検出部に圧電バイモルフ型センサ４が埋め込まれた形状となっている。
【００１８】
以下、図３の拡大図により本発明渦流量計の検出部構造の特徴を説明する。
渦発生体２の構造は、流れ方向に直交する板状の柱体であり、所定の幅ｄを有する。渦発生体としての機能は、図７乃至図１０で説明した台形状の渦発生体と同一機能であり、ｄ／Ｌｖ＝０．２８に設計されている。
【００１９】
揚力検出部３の構造は、図７，図８で示した２体型における揚力検出部と同一構造であり、流れに平行に配置された薄板のベーン状の柱体である。
本発明の特徴は、板状の渦発生体２とベーン状の揚力検出部を極めて近接配置し、全体では図９，図１０で示した一体型と等価な構造を実現した点にある。
【００２０】
本発明の効果を生ずる両者の近接配置の範囲は、渦発生体２の上流側端部と揚力検出部３の下流側端部までの距離をＬとするとき、Ｌ／ｄを０．５乃至２．５の範囲である。
【００２１】
この条件を満足する範囲内であれば、渦発生体２とベーン状の揚力検出３とが物理的に２体であっても、実質的には一体構造とみなすことが可能である。
図４は、本発明の他の実施例を示す検出部の拡大図であり、渦発生体２とベーン状の揚力検出部３とが近接して２体に分離された構造となっているが、Ｌ／ｄを０．５乃至２．５の範囲とする条件は、図３の一体型構造と同一である。
【００２２】
本発明は、このように揚力検出部３の形状を薄板のベーン状を維持したまま検出感度の高い渦発生体２の直後に配置する構造を取ることにより、２体型と一体型の欠点を排除し、長所のみを合わせて取り入れた効果を発揮させることが可能となる。
【００２３】
図５は、図６で説明した従来の２体型構造の計測条件とほぼ同一条件での本発明構造での計測結果を示す波形図である。図５（Ａ）は低流速、（Ｂ）は高流速における計測波形図であり、夫々（１）はセンサの検出信号波形、（２）は検出信号のフィルタリング波形、（３）はフィルタリング波形を整形した矩形波出力波形である。
【００２４】
この波形の比較で明らかなように、図５（Ａ）と図６（Ａ）の比較では、低流速でもセンサの信号レベル低下がなく、安定した矩形波出力波形を得ることができることを示している。
【００２５】
更に、図５（Ｂ）と図６（Ｂ）の比較で明らかなように、高流速では、流れの乱れによる高調波ノイズが少なく、矩形波出力にパルス状のノイズの重畳が全く無く、Ｓ／Ｎを向上した計測が可能となる。
【００２６】
以上説明した実施例では、渦発生体２は平板の形状を例示したが、渦の剥離を良くするために、両端エッジ部を図４の点線５に示すような流れ方向にテーパー加工をしたり、又は図示していないがＲをつける加工をすることも可能である。
【００２７】
更に前記実施例では、揚力検出のためのセンサとしてベーン状の揚力検出部３の内部に圧電バイモルフ型センサを埋め込む構造を例示したが、これに限定されることなく、例えば薄板状の歪みゲージをベーン状の揚力検出部の両面に対向して貼付または挿入（薄板の両面に歪ゲージを張ったものをベーン内部に埋め込む）する構造でもよい。
【００２８】
図１、図２に示した本発明渦流量計では、測定管路１に形成した穴部１ｂに渦発生体２と揚力検出部３を一体にしたユニットを測定管路外部から挿入する構成を例示したが、図７乃至図１０で例示したように、測定管路及び渦発生体及び揚力検出部を合成樹脂で一体成型した構造をとることも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次の効果を期待することができる。
（１）揚力検出部をベーン状とすることで圧電バイモルフ型センサ周囲（ケース）の断面２次モーメントを小さくでき、渦の検出感度を稼ぐことができる。
（２）検出部の自重を軽くできることから、振動によるノイズを小さくできる。
（３）渦の剥離直後の部分の圧力変動を検出できることから、高調波の少ないきれいな渦波形を検出することができる。
（４）このことから、より低流領域の測定や耐振性の向上など検出の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した渦流量計における検出部の拡大図である。
【図２】本発明を適用した渦流量計の全体構造図である。
【図３】本発明を適用した渦流量計における渦発生体と揚力検出部の拡大上面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す渦発生体と揚力検出部の拡大上面図である。
【図５】本発明渦流量計での計測波形図である。
【図６】従来の一体型検出部構造での計測波形図である。
【図７】従来の２体形検出部の側断面図である。
【図８】図７の検出部を上面から見た、渦発生体と揚力検出部の拡大図である。
【図９】従来の一体形検出部の側断面図である。
【図１０】図９の検出部を上面から見た、渦発生体の拡大図である。
【符号の説明】
１　測定管路
１ａ　管路内壁
１ｂ　穴部
２　渦発生体
３　揚力検出部
４　圧電バイモルフ型センサ
【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】
2004012159.tif 000009
【図８】
2004012159.tif 000010
【図９】
2004012159.tif 000011
【図１０】
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