(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルマン渦による交番圧力の変動を検出して流速流量を測定する渦流量計において、
渦検出部に設けられ、ベース電極と、
このベース電極の一面に一面が接する圧電素子とこの圧電素子の他面に一面が接する電極とこの電極の他面に一面が接する絶縁板とを有する柱状の本体ユニットと、
この本体ユニットの周面を隙間を保って覆い前記絶縁板を押圧する筒状の本体カバーと、
この本体カバーの周面と頂部とを隙間を保って覆う押さえスリーブとを具備し、振動加速度のみに感応して信号を出力する振動センサユニット
を具備した事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、耐振特性が向上された渦流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、特開平３−０２０６１８号（特願平１−０３３２５６号）に示されている。
図８は図７の電気回路図、図９〜図１４は図７の動作説明図である。
【０００３】
図において、管路１０は測定流体ＦＬが流れる管路である。
ノズル１１は管路１０に直角に設けられ円筒状をなす。
渦発生体１２は、ノズル１１とは隙間を保って、管路１０に直角に挿入され、台形断面を有す。
【０００４】
渦発生体１２の一端は、ネジ１３により管路１０に支待され、他端はフランジ部１４でノズルｌｌにネジ或いは溶接により固定されている。
凹部１５は、渦発生体１２のフランジ部１４側に設けられている。
【０００５】
この凹部１５の中には、その底部から順に、全属製の第１コモン電極１６、圧電素子１７、電極板１８、絶縁板１９、電極板２０、圧電素子２１が、サンドイッチ状に配列され、全属製の押圧棒２２により、これ等は押圧固定されている。
さらに、電極板１８からは、リード線２３、電極板２０からはリード線２４が、それぞれ端子Ａ、Ｂに引さ出されている。
【０００６】
圧電素子１７、２１は、各圧電素子１７、２１の紙面に向かって左側と右側とがそれぞれ逆方向に分極されており、同じ方向の応力に対して互いに上下の電極に逆極性の電荷を発生する。
【０００７】
圧電素子１７に発生した電荷は、電極板１８と接続された端子Ａと、第１コモン電極１６を介して接続された管路１０との間に得られ、圧電素子２１に発生した電荷は、電極板２０と接続された端子Ｂと、押圧棒２０と接続された管路１０との間に得られる。
【０００８】
この２個の電極板１８、２０に発生した電荷は、図８に示すように電荷増幅器２５、２６に入力される。電荷増幅器２５の出力と、電荷増幅器２６の出力をボリウム２７を介した出力とを、加算器２８で加算して流量信号を得る。
【０００９】
この流量信号は、例えば、電流出力に変換されて、２線を介して負荷に伝送される（図示せず。）。次に、以上のように構成された渦流量計の動作について、図９と図１０とを用いて説明する。
【００１０】
測定流体FLが管路１０の中に流れると、渦発生体１２に矢印Ｆで示した方向にカルマン渦による振動が発生する。この振動により渦発生体１２には、図９（ａ）に示すような応力分布と、この逆の応力分布の繰返しが生じる。
【００１１】
各圧電素子１７、２１には、図９（ａ）に示す渦周渡数を持つ信号応力に対応した電荷十Ｑ、一Ｑの繰返しが生じる。
なお、図９においては、説明の便宣のため、電極板１８或いは２１を紙面に対して左石に２つに分割し、かつ、上下の一方の電極は、第１コモン電極１６あるいは押圧棒２２に相当するものとしてある。
【００１２】
一方、管路１０には、ノイズとなる管路振動も生じる。
この管路振動は、
（１）流体の流れと同じ方向の抗力方向、
（２）流体の流れとは直角方向の揚力方向、
（３）渦発生体の長手方向の３方向成分に分けられる。
【００１３】
このうち、抗力方向の振動に対する応力分布は、図９（ｂ）に示すようになり、ｌ個の電極内で正負の電荷は打ち消されて、ノイズ電荷は発生しない。また、長手方向の振動に対しては、図９（ｃ）に示すように、電極内で打ち消されて、抗力方向と同様にノイズ電荷は発生しない。
【００１４】
しかし、揚力方向の振動は、信号応力と同一の応力分布となり、ノイズ電荷が生じる。
そこで、このノイズ電荷を消去するために、以下の演算を実行する。
【００１５】
圧電素子１７、２１の各電荷をＱ１、Ｑ２、信号成分をＳ１、Ｓ２、揚力方向のノィズ成分をＮ１、Ｎ２とし、圧電素子１７、２１で分極を逆とすると、Ｑ１、Ｑ２は次式で示される。
【００１６】
Ｑ１＝Ｓ１＋Ｎ１
−Ｑ２＝−Ｓ２−Ｎ２
ただし、Ｓ１とＳ２、Ｎ１とＮ２のベクトル方向は同じである。
【００１７】
ここで、圧電素子１７，２１の信号成分とノイズ成分の関係は、図１０（この図は揚力方向のノイズと、信号に対する渦発生体の曲げモーメントの関係を示す）に示すようになっている。
【００１８】
従って、図８に示すように、圧電素子１７側の電荷増幅器２５の出力を、加算器２８で加算する際に、ボリウム２７と共に、Ｎ１／Ｎ２倍して、圧電素子２１側の電荷増幅器２６の出力と加算すると、
【００１９】
Ｑ１−Ｑ２（Ｎ１／Ｎ２）
＝Ｓ１−Ｓ２（Ｎ１／Ｎ２）
となり管路ノイズは除去される。
【００２０】
そして、第１コモン電極１６、圧電素子１７、電極板１８、絶縁板１９、電極板２０、圧電素子２１は、凹部１５に押圧棒２２で押圧固定されている。
【００２１】
ここで、渦発生体１２と第１コモン電極１６、圧電素子１７、電極板１８、絶縁板１９、電極板２０、圧電素子２１、押圧棒２２との温度膨脹を等しくしておけば、測定流体温度が変化しても、初期の押付け力は変化しないので、問題は生じ無い。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図７従来例の渦流量計は、隙間に異物が詰まった場合、詰まりにより、支点Ａが付加され、図１１に点線で示す如く、センサに働くモーメントパターンが変化して、信号の上下圧電素子１７，２１の出力比が小さくなってしまうという不具合があった。
【００２３】
信号Sの上下圧電素子１７，２１の出力比（Ｓ1／Ｓ2）が小さくなると、Ｓ1／Ｓ2＞１の領域においては、加算出力Ｓ1−Ｓ2（Ｎ1／Ｎ2）は減衰することになる。
信号振幅が非常に小さくなった場合には、ミストリガを起こし、出力に誤差が発生する。
【００２４】
また、N1／Ｎ2によるノイズバランスだけでは除去できなかったノイズ成分を含む加算出力を、フィルタ処理によりノイズを除去する場合、信号Sが存在する周波数領域にのみバンドパスフィルタを設定することが望ましい。信号SとノイズNの帯域を区別する方法としては、変換器で受けた上下圧電素子１７，２１の出力を周波数領域に分解し、その上下比で区別する方法がある。
【００２５】
しかしながら、隙間に異物が詰まった場合は、信号ＳとノイズＮの上下出力比が近づくため、信号ＳとノイズＮの判別が難しくなり、信号Ｓの帯域にバンドパスフィルタを設定することが出来なくなる。
すなわち、上下圧電素子１７，２１の出力のノイズバランスだけでは除去できなかったノイズ成分が残ってしまい、出力に誤差が発生してしまうことになる。
【００２６】
要するに、
正常時：      （ＳＡ／ＳＢ）＞（ＮＡ／ＮＢ）
つまり発生時：（ＳＡ／ＳＢ）が（ＮＡ／ＮＢ）に近づく
図１２に正常な場合、図１３に詰まりが発生した場合を示す。
【００２７】
また、自己診断用として、詰まったことをアラーム表示させるためには、図１４に示す如く、正常時の（ＳＡ／ＳＢ）が（ＮＡ／ＮＢ）に対して十分にマージンをもって大きい必要がある。
【００２８】
しかしながら、小さい口径に関しては、現実には、１．３倍程度の差しかなく、詰まり判断を行うにはマージンが小さすぎる。なお、図１４中のＬは、詰まり判別レベルを示す。
【００２９】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、本発明は、耐振特性が向上された渦流量計を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１においては、
カルマン渦による交番圧力の変動を検出して流速流量を測定する渦流量計において、渦検出部に設けられ、ベース電極と、このベース電極の一面に一面が接する圧電素子とこの圧電素子の他面に一面が接する電極とこの電極の他面に一面が接する絶縁板とを有する柱状の本体ユニットと、この本体ユニットの周面を隙間を保って覆い前記絶縁板を押圧する筒状の本体カバーと、この本体カバーの周面と頂部とを隙間を保って覆う押さえスリーブとを具備し、振動加速度のみに感応して信号を出力する振動センサユニットを具備した事を特徴とする渦流量計。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部詳細説明図、図３は図２の組立図、図４，図５は図１の動作説明図である。
【００３６】
図において、振動センサユニット３１は、渦検出部に設けられ、振動加速度のみに感応して信号を出力する。
この場合は、振動センサユニット３１は、図７従来例の渦流量計において、第１コモン電極１６、圧電素子１７や電極板１８が配置されていた凹部１５内の部分に配置されている。
【００３７】
振動センサユニット３１の構造を図２、図３に示す。
振動センサユニット３１は、ベース電極３２１と、このベース電極３２１の一面に一面が接する圧電素子３２２と、この圧電素子３２２の他面に一面が接する電極３２３と、この電極３２３の他面に一面が接する絶縁板３２４とを有する柱状の本体ユニット３２を有する。
【００３８】
また、この本体ユニット３２の周面を隙間を保って覆い、絶縁板３２４を押圧する筒状の本体カバー３３と、この本体カバー３３の周面と頂部とを隙間を保って覆う押さえスリーブ３４とを有する。
【００３９】
以上の構成において、図４に示す如く、この振動センサユニット部３１は片持ち梁の構造として扱うことが出来、振動Ｆに対しては、振動センサユニット部３１の自重に対しモーメントＭが働き、圧電素子３２２に応力が生じるが、渦の信号に対しては、ほとんど応力が発生しないことになる。
【００４０】
従って、渦信号に振動ノイズが重畳している状態で、二つの素子の周波数解析を行うと図５のようになる。
信号Ｓのキャンセルは従来の方法と同じで、圧電素子２１からの発生電荷をＱＡ、振動センサユニット部３１からの発生電荷をＱＢとすると、
【００４１】
（加算後の出力）＝  ＱＡ−（ＮＡ／ＮＢ）ＱＢ
となる。（ＮＡ／ＮＢ）の値については、変換器側で常にモニタし、その値を微調する。
【００４２】
また、隙間に異物がつまった場合でも（ＳＡ／ＳＢ）≫（ＮＡ／ＮＢ）であるため、判別レベルを明確に設定することができる。
さらに、少々の詰まりならば、圧電素子２１は固定端に近いため信号レベルの減衰は小さく、詰まりの影響を受け難い。
【００４３】
さらに、振動センサユニット３１を校正して値づけすることで、配管に取り付けられた実稼働状態で振動加速度の測定も可能になる。
測定した値はパラメータとしてモニタしたり、出力したりすることも可能となる。
【００４４】
なお、配管振動の加速度リミットを設定しておけば、アラーム出力を出すことも可能となり、プラントや工場の設備保全にも役立つ。
【００４５】
この結果、
（１）隙間につまりが生じても、その影響を受け難く、耐振特性が向上された渦流量計が得られる。
【００４６】
（２）詰まりの影響を受けたとしても、確実に自己診断機能によりアラームを出力することが出来る渦流量計が得られる。
（３）実稼働状態で、振動加速度を測定出来る渦流量計が得られる。
【００４７】
（４）振動センサユニット３１が、渦検出部に設けられた凹部１５内に配置されたので、堅牢でコンパクトな渦流量計が得られる。
【００４８】
（５）振動センサユニット３１が、加速度ピックアップとしても校正され、渦流量計が取り付けられた配管における振動をも検出するようにされたので、渦流量計が取り付けられた配管自体の振動をも、検出することが出来る渦流量計が得られる。
【００４９】
（６）振動センサユニットの検出素子として、流量検出素子と同じ圧電素子が使用されたので、製造コストが低減出来、安価な渦流量計が得られる。
【００５０】
図６は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、振動センサユニット３１が渦検出部の外部に設けられたものである。
【００５１】
この結果、振動センサユニット３１を、後に付加することが容易に出来、性能向上が容易な渦流量計が得られる。
【００５２】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
渦検出部に設けられ、振動加速度のみに感応して信号を出力する振動センサユニットが設けられたので、以下の効果が有る。
【００５４】
（１）隙間につまりが生じても、その影響を受け難く、耐振特性が向上された渦流量計が得られる。
【００５５】
（２）詰まりの影響を受けたとしても、確実に自己診断機能によりアラームを出力することが出来る渦流量計が得られる。
（３）実稼働状態で、振動加速度を測定出来る渦流量計が得られる。
【００６０】
従って、本発明によれば、耐振特性が向上された渦流量計を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の要部詳細説明図である。
【図３】図２の組立図である。
【図４】図１の動作説明図である。
【図５】図１の動作説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図７】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図８】図７の電気回路図である。
【図９】図７の動作説明図である。
【図１０】図７の動作説明図である。
【図１１】図７の動作説明図である。
【図１２】図７の動作説明図である。
【図１３】図７の動作説明図である。
【図１４】図７の動作説明図である。
【符号の説明】
１０    管路
１１    ノズル
１２    渦発生体
１３    ネジ
１４    フランジ部
１５    凹部
１６    第１コモン電極
１７    圧電素子
１８    電極板
１９    絶縁板
２０    電極板
２１    圧電素子
２２    押圧棒
２３    リード線
２４    リード線
２５    電荷増幅器
２６    電荷増幅器
２７    ボリウム
２８    加算器
３１    振動センサユニット
３２    本体ユニット
３２１  ベース電極
３２２  圧電素子
３２３  電極
３２４  絶縁板
３３    本体カバー
３４    押さえスリーブ
Ａ      支点
Ｆ      振動
Ｍ      モーメント
ＦＬ    測定流体
【図１】
0004670152.tif 000002
【図２】
0004670152.tif 000003
【図３】
0004670152.tif 000004
【図４】
0004670152.tif 000005
【図５】
0004670152.tif 000006
【図６】
0004670152.tif 000007
【図７】
0004670152.tif 000008
【図８】
0004670152.tif 000009
【図９】
0004670152.tif 000010
【図１０】
0004670152.tif 000011
【図１１】
0004670152.tif 000012
【図１２】
0004670152.tif 000013
【図１３】
0004670152.tif 000014
【図１４】
0004670152.tif 000015