JPH0554892B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、カルマン渦を利用して測定流体の質
量流量を測定する質量流量計に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a mass flow meter that measures the mass flow rate of a measurement fluid using Karman vortices.

（従来の技術） 流体中に物体を置くと、物体の両後側面から交
互にかつ規則的に渦が発生し、下流に渦列となつ
て流れることが古くから知られている。この渦列
はカルマン渦列といわれ、単位時間当りの渦の生
成数（生成周波数）が流体の流速に比例してい
る。そこで、測定流体を導く管路内に渦発生体を
配置し、渦発生体によつて流速に比例した渦を発
生させ、渦の生成による揚力変化を圧電素子、ス
トレンゲージ、容量やインダクタンス等のセンサ
で検出し、検出信号の周波数のみを取り出して流
体の流速や流量を測定する渦流量計が実用化され
ている。ところで、一般に知りたい流量は化学変
化を行わせるプロセスではもちろんのこと、取引
においても質量流量であることが多い。また測定
流体が気体やスチームの場合には温度や圧力でそ
の密度が大きく変わり、液体の場合でも温度によ
りその密度がかなり変化してしまう。このため渦
流量計と並設して温度や圧力を測定するか、密度
計にて密度を測定し、質量流量を測定している。
しかし密度計と渦流量計とを用いる繁雑高価であ
り、温度や圧力計と渦流量計との組合せでは、繁
雑高価であるばかりでなく、流体の温度の測定が
難しいことから制度や応答性も悪い。(Prior Art) It has been known for a long time that when an object is placed in a fluid, vortices are generated alternately and regularly from both rear sides of the object and flow downstream as a vortex train. This vortex street is called a Karman vortex street, and the number of vortices generated per unit time (generation frequency) is proportional to the flow rate of the fluid. Therefore, a vortex generator is placed in the pipe that guides the fluid to be measured, and the vortex generator generates a vortex proportional to the flow velocity. Vortex flowmeters have been put into practical use that measure the flow velocity and flow rate of fluid by detecting it with a sensor and extracting only the frequency of the detection signal. Incidentally, the flow rate that one generally wants to know is often the mass flow rate, not only in processes that involve chemical changes, but also in transactions. Furthermore, when the fluid to be measured is gas or steam, its density changes greatly depending on temperature and pressure, and even when it is a liquid, its density changes considerably depending on temperature. For this reason, the mass flow rate is measured either by installing it in parallel with a vortex flowmeter to measure temperature and pressure, or by measuring the density with a density meter.
However, using a density meter and a vortex flowmeter is complicated and expensive, and a combination of a temperature or pressure gauge and a vortex flowmeter is not only complicated and expensive, but also has poor accuracy and responsiveness because it is difficult to measure the temperature of the fluid. bad.

ところで、第８図に示す如く、管路１に渦発生
体２が配置され、測定流体が管路１に流された場
合に、渦発生体２に作用する平均抗力F_D、変動
揚力F_Lや圧力損失ΔPは一般に次式で示される関
係にある。 By the way, as shown in FIG. 8, when the vortex generator 2 is arranged in the pipe line 1 and the measurement fluid is flowed into the pipe line 1, the average drag force F _D and the variable lift force F _L acting on the vortex generator 2 are and pressure loss ΔP generally have the relationship shown by the following equation.

F_D ∝ C_D １／２ρV² (1) F_L ∝±C_L １／２ρV² (2) ΔP ∝ C_P １／２ρV² (3) 但し C_D；抗力係数 C_L；変動揚力係数 C_P；圧力損失係数 ρ；密度 Ｖ；流速 (1)，(2)についてはたとえば「流れ学 第５章渦
P.79，P.87， 21クツタジユコフスキーの定理
谷一郎著 岩波書店」で述べられている。又(3)
は渦発生体からの境界層の剥離（カルマン渦の発
生）による損失から導かれるものである。 F _D ∝ C _D 1/2ρV ² (1) F _L ∝±C _L 1/2ρV ² (2) ΔP ∝ C _P 1/2ρV ² (3) where C _D ; drag coefficient C _L ; variable lift coefficient C _P ;Pressure loss coefficient ρ;Density V;Flow velocity (1), (2)
P.79, P.87, 21 Kutazyukovsky's Theorem by Ichiro Tani, Iwanami Shoten. Also(3)
is derived from the loss due to separation of the boundary layer from the vortex generator (generation of Karman vortices).

さて、平均抗力F_D、変動揚力F_L、圧力損失ΔP
は、抗力係数C_D、変動揚力係数C_L、圧力損失係
数C_Pが定数であれば、ρV²に比例するので、渦周
波数＝StＶ／ｄ＝KV（但し、St：ストロハル数、 ｄ：渦発生体２の直径、Ｋ＝St／ｄで定数）で(1)， (2)，(3)式を割算すれば、ρVが得られる。抗力係
数C_D、変動揚力係数C_L、圧力損失係数C_Pの値に
ついては、たとえば、抗力係数C_Dについては第
９図（航空宇宙工学便覧 P.205 日本航空宇宙
学会編 丸善株式会社 発行）に示されるよう
に、各種形状の渦発生体について求められてい
る。 Now, average drag force F _D , fluctuating lift force F _L , pressure loss ΔP
is proportional to ρV ² if drag coefficient C _D , variable lift coefficient C _L , and pressure loss coefficient C _P are constants, so vortex frequency = StV/d = KV (where, St: Strouhal number, d: vortex By dividing equations (1), (2), and (3) by the diameter of the generator 2 (K=St/d, a constant), ρV can be obtained. For the values of the drag coefficient C _D , the variable lift coefficient C _L , and the pressure loss coefficient C _P , for example, the drag coefficient C _D is shown in Figure 9 (Aerospace Engineering Handbook P.205, compiled by the Japan Society of Aeronautics and Astronautics, published by Maruzen Co., Ltd.) As shown in , various shapes of vortex generators are required.

又、ρV²検出器とＶ検出器とを割算することに
より、ρ・V²／Ｖ＝ρVなる質量流量を求めるこ
とについても、流量計測ハンドブツク P.344
川田裕郎編著 日刊工業新聞社発行に述べられて
いるように、従来から一般的に行われている技術
である。 Also, regarding finding the mass flow rate of ρ・V ² /V=ρV by dividing the ρV ² detector and the V detector, refer to Flow Measurement Handbook P.344.
As stated in the article edited by Hiroo Kawada and published by Nikkan Kogyo Shimbun, this is a technology that has been commonly used for a long time.

渦流量計において、この種の公知例としては、
***特許 DE3032578C2「測定流体を動的に密度
に非依存に決定する方法と装置（内容は渦流量計
による質量流量の測定）」があり、変動揚力を渦
発生体に取付けたストレインゲージの歪みとして
検出したり、バネにより渦発生体に発生するトル
クを検出したり、渦発生体の前面にピトー管を設
置し抗力を検出し、渦周波数と割算することによ
り質量流量を求めるものがある。 Known examples of this type of vortex flowmeter include:
There is a West German patent DE3032578C2 entitled "Method and device for dynamically determining the density of a fluid to be measured in a density-independent manner (measuring mass flow rate using a vortex flowmeter)", which uses fluctuating lift as strain in a strain gauge attached to a vortex generator. Some methods detect the torque generated in the vortex generator by a spring, or detect the drag force by installing a pitot tube in front of the vortex generator, and calculate the mass flow rate by dividing it by the vortex frequency.

また、国内においては、実開昭54−174359号
「カルマン渦を利用した測定装置」においても、
渦発生体の上下流側にダイアフラムによる容量検
出部を設け、容量変化の直流分より抗力F_Dを、
交流分から渦周波数を検出し割算することにより
質量流量を求めるものがある。 In addition, in Japan, in Utility Model Application Publication No. 174359/1983, ``Measuring device using Karman vortices'',
A capacitance detection section using a diaphragm is installed upstream and downstream of the vortex generator, and the drag force F _D is calculated from the DC component of the capacitance change.
Some methods calculate the mass flow rate by detecting and dividing the vortex frequency from the AC component.

また、特開昭57−61916号「カルマン渦を利用
した測定装置」に変動揚力を検出し、渦周波で割
算する例が示されている。 Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-61916 ``Measuring device using Karman vortices'' shows an example of detecting the fluctuating lift force and dividing it by the vortex frequency.

以下、特開昭57−61916号について説明する。 JP-A No. 57-61916 will be explained below.

第１０図はこの特開昭57−61916号の構成説明
図である。図において、１ａは測定流体が流れる
管路、２ａは管路１ａに垂直に挿入された柱状の
渦発生体で、その両端は管路１ａに固定されてい
る。渦発生体２ａの本体２１ａはステンレス等か
らなり、測定流体にカルマン渦列を生ぜしめかつ
揚力変化を安定強化するような例えば台形等の断
面形状を有している。渦発生体２ａの頂部２２ａ
はステンレス等からなり、凹部２３ａを有し本体
２１ａとは溶接等により一体に形成されている。
４１ａは圧電素子からなる素子本体で、渦発生体
２ａの凹部２３ａにガラス等の絶縁材３ａによつ
て封着され、渦発生体と一体に形成されている。
また素子本体４１ａは円板状をなし、その中心が
渦発生体２ａの中立軸と一致するように配置され
ている。さらに素子本体４１ａには、第１１図示
すようにその表と裏にそれぞれ左右に分割して対
称的に電極４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａが設
けられ、電極４２ａと４３ａで挾まれた部分で第
１の圧電センサ４６ａを形成し、電極４４ａと４
５ａで挾まれた部分で第２の圧電センサ４７ａを
形成する。そして第１、第２の圧電センサ４６
ａ，４７ａに生ずる電荷が差動的になるように、
電極４２ａと４５ａおよび電極４３ａと４４ａが
各々結線され、かつ電極４２ａと４４ａからそれ
ぞれリード線、４８ａ，４９ａが絶縁材３ａを貫
通して外部に取り出されている。８ａは検出信号
処理回路で、圧電センサ４６ａ，４７ａで検出し
た交流電荷ｑを交流電圧ｅに変換する。９ａは比
較器で、交流電圧ｅを一定レベルのパルス信号Ｐ
に変換するためのものである。１０ａはＦ／Ｖコ
ンバータで、比較器出力のパルス信号Ｐをその周
波数に比例した直流電圧E₁に変換する。１１ａ
は整流平滑回路で、交流電圧ｅを整流平滑し、そ
の振幅に比例した直流電圧E₂に変換する。１２
ａは演算回路で、Ｆ／Ｖコンバータ１０ａと整流
平滑回路１１ａの出力E₁，E₂に所望の演算を施
し、その出力に流体の密度または質量流量に関連
した信号を取出すためのものである。 FIG. 10 is an explanatory diagram of the structure of this Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-61916. In the figure, 1a is a pipe through which the measurement fluid flows, and 2a is a columnar vortex generator inserted perpendicularly into the pipe 1a, both ends of which are fixed to the pipe 1a. The main body 21a of the vortex generator 2a is made of stainless steel or the like, and has a cross-sectional shape, such as a trapezoid, which produces a Karman vortex street in the measured fluid and stably enhances lift changes. Top 22a of vortex generator 2a
is made of stainless steel or the like, has a recess 23a, and is integrally formed with the main body 21a by welding or the like.
Reference numeral 41a denotes an element body made of a piezoelectric element, which is sealed to the recess 23a of the vortex generator 2a with an insulating material 3a such as glass, and is formed integrally with the vortex generator.
The element main body 41a has a disk shape and is arranged so that its center coincides with the neutral axis of the vortex generator 2a. Furthermore, as shown in FIG. 11, the element main body 41a is provided with electrodes 42a, 43a, 44a, and 45a symmetrically divided into right and left sides on the front and back sides, respectively, and electrodes 42a, 43a, 44a, and 45a are provided symmetrically on the front and back sides of the element body 41a. 1 piezoelectric sensor 46a is formed, and electrodes 44a and 4
The portion sandwiched by 5a forms a second piezoelectric sensor 47a. And the first and second piezoelectric sensors 46
So that the charges generated on a and 47a are differential,
The electrodes 42a and 45a and the electrodes 43a and 44a are connected, and lead wires 48a and 49a are taken out from the electrodes 42a and 44a through the insulating material 3a, respectively. 8a is a detection signal processing circuit that converts AC charge q detected by piezoelectric sensors 46a and 47a into AC voltage e. 9a is a comparator that converts the AC voltage e into a constant level pulse signal P.
It is for converting to . 10a is an F/V converter which converts the pulse signal P output from the comparator into a DC voltage _E1 proportional to its frequency. 11a
is a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the AC voltage e and converts it into a DC voltage _E2 proportional to its amplitude. 12
A is an arithmetic circuit that performs desired arithmetic operations on the outputs E ₁ and E ₂ of the F/V converter 10a and the rectifying and smoothing circuit 11a, and extracts a signal related to the density or mass flow rate of the fluid from the output. .

このように構成した第１０図の従来例におい
て、管路１ａ内に測定流体が流れると、渦発生体
２ａはカルマン渦を発生させるとともに、渦の生
成に基づく揚力変化を受ける。渦発生体２ａは揚
力変化を受けるとその内部に図示の如く中立軸を
挾んで逆方向の応力変化が発生する。この渦発生
体２ａに生ずる応力変化は絶縁材３ａで渦発生体
２ａに一体に取付けられた素子本体４１ａに伝達
される。したがつて第１、第２の圧電センサ４６
ａ，４７ａにはそれぞれ揚力変化に対応して互い
に逆位相の電荷量の変化が生ずる。そして圧電セ
ンサ４６ａ，４７ａに生ずる電荷量は差動的に取
り出され、リード線４８ａ，４９ａ間には交番電
荷ｑが生ずる。交番電荷ｑは検出信号処理回路８
ａで交流電圧ｅに変換される。交流電圧ｅの周波
数を比較器９ａおよびＦ／Ｖコンバータ１０ａを
介して取り出せば、(4)式の如く一般の渦流量計と
同様渦周波数ｆすなわち流速Ｖに比例した電圧
E₁が得られる。 In the conventional example shown in FIG. 10 configured in this manner, when the measurement fluid flows into the pipe line 1a, the vortex generator 2a generates a Karman vortex and receives a lift change based on the generation of the vortex. When the vortex generating body 2a receives a change in lift, a stress change in the opposite direction is generated inside the vortex generating body 2a across the neutral axis as shown in the figure. This stress change occurring in the vortex generator 2a is transmitted to the element body 41a which is integrally attached to the vortex generator 2a through an insulating material 3a. Therefore, the first and second piezoelectric sensors 46
a, 47a, the amount of charge changes in opposite phases to each other in response to changes in lift. The amount of electric charge generated in the piezoelectric sensors 46a and 47a is extracted differentially, and an alternating electric charge q is generated between the lead wires 48a and 49a. The alternating charge q is detected by the detection signal processing circuit 8
It is converted into an alternating current voltage e at point a. If the frequency of the AC voltage e is extracted via the comparator 9a and the F/V converter 10a, a voltage proportional to the vortex frequency f, that is, the flow velocity V, is obtained as in equation (4), as in a general vortex flowmeter.
E ₁ is obtained.

E₁＝K₁Ｖ (4) ただし、K₁は比例定数 一方交流電圧ｅの振幅を整流平滑回路１１ａを
介して取り出せば、整流平滑回路１１ａの出力
E₂は流体の密度をρとすると次式で与えられる。 E ₁ = K ₁ V (4) However, K ₁ is a proportional constant On the other hand, if the amplitude of AC voltage e is taken out via the rectifying and smoothing circuit 11a, the output of the rectifying and smoothing circuit 11a
E ₂ is given by the following equation, where ρ is the density of the fluid.

E₂＝K₂ρV² (5) ただし、K₂は比例定数 よつて、演算回路１２ａでE₂／E₁なる演算を行え ば、その出力Eoは、 Eo＝E₂／E₁＝K₂／K₁ρV＝K₃ρV (6) となる。管路１ａの断面積をＳとすれば、質量流
量Qmは、 Qm＝ρVS (7) で与えられるので、Eoは、 Eo＝K₃／ＳQm (8) となり、質量流量に比例した信号となる。 E ₂ = K ₂ ρV ² (5) However, K ₂ is a proportionality constant. Therefore, if the arithmetic circuit 12a performs the calculation E ₂ /E ₁ , the output Eo is Eo = E ₂ /E ₁ = K ₂ /K ₁ ρV=K ₃ ρV (6). If the cross-sectional area of the pipe 1a is S, then the mass flow rate Qm is given by Qm=ρVS (7), so Eo is Eo=K ₃ /SQm (8), which is a signal proportional to the mass flow rate. .

また演算回路１２ａで、E₁を２乗した後E₂を
割るようにすれば、出力Eoは、 Eo＝E₂／E₁ ²＝E₂／E₁ ²ρ＝E₃／E₁ρ (9) となり、流体の密度に比例した信号を得ることが
できる。 Furthermore, if the arithmetic circuit 12a squares E ₁ and then divides E ₂ , the output Eo will be Eo=E ₂ /E ₁ ² =E ₂ /E ₁ ² ρ=E ₃ /E ₁ ρ ( 9), and a signal proportional to the density of the fluid can be obtained.

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、今、カルマン渦による変動揚力
F_L、抗力F_D及び渦周波数出力（体積流量）F_Vは F_L＝±１／２C_LρV²dD (10) F_D＝１／２C_DρV²dD (11) F_V＝K₁Ｖ (12) 但し F_L；変動揚力 F_D；抗力 F_V；渦周波数出力（体積流量） C_L；変動揚力係数 C_D；抗力係数 ρ；密度 Ｖ；流速 ｄ；渦発生体の流れに対向する直径 Ｄ；管内直径 K₁；定数 したがつて、 F_L／F_V＝（１／２・C_Lｄ・Ｄ／K₁）ρV (6)式におけるK₃は K₃＝１／２ C_LdD／K₁ となる。(Problem to be solved by the invention) However, now the fluctuating lift due to the Karman vortex
F _L , drag force F _D and vortex frequency output (volume flow rate) F _V are F _L = ±1/2C _L ρV ² dD (10) F _D = 1/2C _D ρV ² dD (11) F _V = K ₁ V (12) However, F _L ; Variable lift force F _D ; Drag force F _V ; Vortex frequency output (volume flow rate) C _L ; Variable lift coefficient C _D ; Drag coefficient ρ; Density V; Flow velocity d; Opposed to the flow of the vortex generator Diameter D; inner diameter K ₁ ; constant Therefore, F _L /F _V = (1/2・_CL d・D/K ₁ )ρV K ₃ in equation (6) is K ₃ = 1/2 _CL dD/K becomes ₁ .

ここにおいて、変動揚力F_Lを検出する第１、
第２の圧電センサ４６ａ，４７ａは、絶縁材３ａ
で渦発生体２ａに一体に取付けられている。した
がつて、周囲温度の変化に伴つて、絶縁材３ａと
渦発生体２ａと第１、第２の圧電センサ４６ａ，
４７ａとの熱膨脹係数の差及び曲げこわさの相違
が生じ、圧電センサ４６ａ，４７ａの感度が変動
する。渦流量計においては、出力周波数を対象と
するので、圧電センサ４６ａ，４７ａの温度に対
する感度変化は問題とされないが、質量流量計の
場合は、揚力の絶対値が必要となるので、圧電セ
ンサ４６ａ，４７ａの温度変化による感度変化は
測定値に大きな影響を及ぼし大きな測定誤差を生
ずることになる。 Here, the first, which detects the fluctuating lift F _L ,
The second piezoelectric sensors 46a, 47a are made of an insulating material 3a.
and is integrally attached to the vortex generator 2a. Therefore, as the ambient temperature changes, the insulating material 3a, the vortex generator 2a, the first and second piezoelectric sensors 46a,
A difference in coefficient of thermal expansion and difference in bending stiffness occurs between piezoelectric sensors 46a and 47a, and the sensitivity of piezoelectric sensors 46a and 47a fluctuates. In a vortex flowmeter, the output frequency is the target, so changes in the sensitivity of the piezoelectric sensors 46a and 47a with respect to temperature are not a problem.However, in the case of a mass flowmeter, the absolute value of lift is required, so the piezoelectric sensor 46a , 47a due to temperature changes will have a large effect on the measured values, resulting in large measurement errors.

本発明は、この問題点を解決するものである。 The present invention solves this problem.

本発明の目的は、温度特性の良好な質量流量計
を提供にするにある。 An object of the present invention is to provide a mass flowmeter with good temperature characteristics.

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本願は、交番力と
して作用するカルマン渦信号を利用して測定流体
の質量流量を測定する質量流量計において、測定
流体の管路に直角に挿入された柱状の受力体と、
該受力体の軸方向に設けられた凹部と、該凹部の
前記交番力による応力がほぼ零となる位置に配置
された第１応力検出部と、該第１応力検出部配置
位置以外の前記凹部に配置された第２応力検出部
と、前記凹部に側面が接触しない隙間を保つて挿
入され一端が前記応力検出センサを該凹部に押圧
固定し他端が前記凹部の開口部において固定され
た柱状の固定体と、前記応力検出部を絶縁する絶
縁体とを具備し、前記凹部の軸方向の深さが温度
の変化に伴い前記受力体と前記応力検出部および
前記絶縁体との間に生ずる熱膨脹の差を前記受力
体と前記固定体との熱膨脹の差により打消される
ような深さに設定すると共に、前記凹部によつて
形成される受力体の外筒部分と、前記応力検出部
と前記絶縁体と前記固定体とで構成される内筒部
分との曲げこわさの温度変化が等しくなるように
各構成部分の材料が選択されて構成されたことを
特徴とする質量流量計を構成したものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve this objective, the present application provides a mass flow meter that measures the mass flow rate of a measured fluid using a Karman vortex signal that acts as an alternating force. A columnar force-receiving body inserted at right angles to the road,
a recess provided in the axial direction of the force-receiving body; a first stress detection section disposed at a position where the stress due to the alternating force in the recess becomes almost zero; and a first stress detection section located at a position other than the first stress detection section A second stress detection section is placed in the recess, and the stress detection sensor is inserted into the recess with a gap such that the side surface does not come into contact with the recess, and one end presses and fixes the stress detection sensor in the recess, and the other end is fixed at the opening of the recess. It includes a columnar fixed body and an insulator that insulates the stress detection section, and the depth of the recess in the axial direction increases between the force receiving body, the stress detection section, and the insulator as the temperature changes. The depth is set such that the difference in thermal expansion caused by the force receiving body and the fixed body is canceled out by the difference in thermal expansion between the force receiving body and the fixed body, and the outer cylindrical portion of the force receiving body formed by the recessed portion, The mass flow rate is characterized in that the material of each component is selected and configured so that the temperature change in bending stiffness is equal between the stress detection part, the inner cylinder part made up of the insulator, and the fixed body. It consists of a meter.

（作用） 以上の構成において、測定流体が流れると、カ
ルマン渦が発生する。このカルマン渦により、受
力体に交番力が作用し、第１、第２応力検出部に
おいて、交番の応力が発生し、これが電気信号と
して検出される。この値を差動的に処理し、振
幅、周波数を検出して演算処理を行えば、質量流
量が測定できる。(Operation) In the above configuration, when the measurement fluid flows, a Karman vortex is generated. This Karman vortex causes an alternating force to act on the force receiving body, and alternating stress is generated in the first and second stress detection sections, and this is detected as an electrical signal. By differentially processing this value, detecting the amplitude and frequency, and performing arithmetic processing, the mass flow rate can be measured.

以下、実施例について説明する。 Examples will be described below.

（実施例） 第１図Ａ，Ｂは、本発明の一実施例の構成説明図
でＡは正面図、Ｂは側面図、第２図は第１図の検
出器部を断面で示す構成説明図である。(Example) Figures 1A and B are configuration explanatory diagrams of an embodiment of the present invention, where A is a front view, B is a side view, and Figure 2 is a configuration explanation showing a cross section of the detector section in Figure 1. It is a diagram.

図において、１０は渦流量計検出器、２０は渦
流量計変換器である。 In the figure, 10 is a vortex flowmeter detector, and 20 is a vortex flowmeter converter.

渦流量計検出器１０において、１１は測定流体
が流れる管路、１２は管路１１に直角に設けられ
た円筒状のノズル、１３はノズル１２を通して管
路１１に直角に挿入された柱状の渦発生体で、ス
テンレス等からなりその上端１３１はノズル１２
にネジまたは溶接により固定され、下端１３２は
プラグにより管路１１に支持されている。渦発生
体１３の測定流体と接する接流体部分１３３は測
定流体にカルマン渦列を生ぜしめ、かつ揚力変化
を安定強化するように例えば台形等の断面形状を
有し、また上端１３１側には凹部１３４を有して
いる。１３５は凹部１３４によつて渦発生体１３
に形成される外筒部である。１４はセンサ部で、
渦発生体１３の凹部１３４内に第１応力検出セン
サ１４２と第２応力検出センサ１４１とが一定間
隔において押圧固定されている。而して、第１、
第２の応力検出センサ１４２，１４３は、第３図
に示す如く、外乱力Ｎによつて渦発生体１３に生
ずる応力が零となる位置Ａの同一側又は両側に配
置されている。以下では、同一側に配置された場
合について説明する。センサ部１４において、ス
テンレス等の下敷１４３は第１の応力検出センサ
１４２と凹部１３４の底面とのバツファの役目を
し、凹部１３４の底面の加工上のあらさ管理の困
難さを補うものである。ステンレス等の第１のス
ペーサ１４４とセラミツク等の絶縁板１４５およ
びステンレス等の第２のスペーサ１４６は第１の
応力検出センサ１４２と第２の応力検出センサ１
４１との間隔を決めるとともに、両者の絶縁を行
うためのものである。ステンレス等の押し棒１４
７はセンサ１４１，１４２を押圧した状態で渦発
生体１３の上端１３１に溶接され、センサ１４
１，１４２を押圧固定するものである。なおセン
サ部１４は渦発生体１３に下敷１４３と押し棒１
４７の上部のみで接触するようになつている。応
力検出センサ１４１，１４２は円板状の圧電素子
１４０からなり、その中心が渦発生体１３の中立
軸と一致するように配置されている。さらに圧電
素子１４０には第４図Ａ斜視図に示すようにその
表と裏にそれぞれ測定流体の流れ方向（図の矢印
方向）に対して左右に分割して対称的に電極１４
０１，１４０２，１４０３，１４０４が設けら
れ、かつ第４図Ｂに示す如く矢印方向（渦の揚力
方向）の力による曲げモーメントによつて中立軸
を挾んで互いに逆方向に発生する応力（圧縮応力
と引張応力）に対応して電極１４０１，１４０２
間に生ずる電荷と、電極１４０３，１４０４間に
生ずる電荷とが同極性なるように反転分極されて
いる。このため第４図Ｃに示すように同方向に発
生する応力に対しては両電極間に互いに逆極性の
電荷が発生する。また測定流体の流れ方向の応力
によつて発生する電荷量は電極間でキヤンセルさ
れて出てこず、また流れ方向の配管振動によつて
発生する電荷量も電極間で互いにキヤンセルされ
て出てこない。第２応力検出センサ１４１は電極
１４０１，１４０２間および電極１４０３，１４
０４間にそれぞれ生ずる同極性の電荷の和を出力
電荷q₁とし逆極性の電荷をキヤンセルするため
に、電極１４０１と１４０３とが押し棒１４７を
介して共通に渦発生体１３すなわち基準点に接続
され、電極１４０２と１４０４とがスペーサ１４
６を介して共通にリード線１４８１に接続されて
いる。第１の応力検出センサ１４２は電極１４０
１，１４０２間および１４０３，１４０４間にそ
れぞれ生ずる同極性の電荷の和を出力電荷q₂とし
逆極性の電荷をキヤンセルして、かつq₁とは極性
を反転させるために、電極１４０１と１４０３が
スペーサ１４４を介して共通にリード線１４８２
に接続され、電極１４０２と１４０４とが下敷１
４３を介して共通に渦発生体１３すなわち基準点
に接続されている。リード線１４８１，１４８２
はセンサ部１４の各部品に設けられた貫通孔およ
びハーメチツクシール１４８を介して外部に取り
出され、渦流量計変換器２０に接続される。なお
渦発生体１３の凹部１３４とセンサ部１４で囲ま
れた部分には結露防止のために、露点の低いガス
封入されており、押し棒１４７には封入ガス用の
連通孔１４９が設けられている。１５は渦発生体
１３と管路１１との交差部分に設けられたラビリ
ンス流路である。ラビリンス流路１５は、第５図
に示す如く、渦発生体１３に取付けられた管路１
１とわずかな隙間を形成するフイン１５１と、そ
れに続く拡大室１５２が対となり少なくとも一対
以上で構成されている。 In the vortex flow meter detector 10, 11 is a pipe through which the fluid to be measured flows, 12 is a cylindrical nozzle provided perpendicularly to the pipe 11, and 13 is a columnar vortex inserted perpendicularly into the pipe 11 through the nozzle 12. The generator is made of stainless steel, etc., and its upper end 131 is a nozzle 12.
The lower end 132 is supported by a plug in the conduit 11 by screws or welding. The fluid-contacting portion 133 of the vortex generator 13 that comes into contact with the fluid to be measured has a cross-sectional shape such as a trapezoid, for example, so as to generate a Karman vortex street in the fluid to be measured and to stably enhance changes in lift, and has a recessed portion on the upper end 131 side. It has 134. 135 is a vortex generator 13 formed by a recess 134.
This is an outer cylindrical part formed in. 14 is a sensor part,
A first stress detection sensor 142 and a second stress detection sensor 141 are press-fixed in the recess 134 of the vortex generator 13 at a constant interval. Therefore, first,
As shown in FIG. 3, the second stress detection sensors 142 and 143 are arranged on the same side or on both sides of the position A where the stress generated in the vortex generator 13 by the disturbance force N becomes zero. In the following, a case where they are arranged on the same side will be explained. In the sensor section 14, the underlay 143 made of stainless steel or the like acts as a buffer between the first stress detection sensor 142 and the bottom surface of the recess 134, and compensates for the difficulty in controlling the roughness of the bottom surface of the recess 134 during processing. A first spacer 144 made of stainless steel or the like, an insulating plate 145 made of ceramic or the like, and a second spacer 146 made of stainless steel are connected to the first stress detection sensor 142 and the second stress detection sensor 1.
The purpose is to determine the distance between the base plate and the base plate 41 and to insulate the two. Push rod 14 made of stainless steel, etc.
7 is welded to the upper end 131 of the vortex generator 13 while pressing the sensors 141 and 142, and the sensor 14
1,142 is pressed and fixed. Note that the sensor section 14 includes a vortex generator 13, an underlay 143 and a push rod 1.
47 so that they come into contact only at the top. The stress detection sensors 141 and 142 are composed of disk-shaped piezoelectric elements 140, and are arranged so that their centers coincide with the neutral axis of the vortex generator 13. Furthermore, as shown in the perspective view of FIG. 4A, the piezoelectric element 140 has electrodes 14 symmetrically divided into right and left sides with respect to the flow direction of the measurement fluid (direction of the arrow in the figure) on the front and back sides of the piezoelectric element 140, respectively.
01, 1402, 1403, and 1404 are provided, and as shown in FIG. and tensile stress), the electrodes 1401, 1402
The polarization is reversed so that the charge generated between the electrodes 1403 and 1404 has the same polarity as the charge generated between the electrodes 1403 and 1404. Therefore, as shown in FIG. 4C, charges of opposite polarity are generated between the two electrodes in response to stresses occurring in the same direction. In addition, the amount of charge generated by stress in the flow direction of the measured fluid is canceled between the electrodes and does not come out, and the amount of charge generated by pipe vibration in the flow direction is also canceled between the electrodes and does not come out. . The second stress detection sensor 141 is located between the electrodes 1401 and 1402 and between the electrodes 1403 and 14.
In order to use the sum of the charges of the same polarity generated between 04 as the output charge q ₁ and cancel the charges of opposite polarity, the electrodes 1401 and 1403 are commonly connected to the vortex generator 13, that is, the reference point, via the push rod 147. and the electrodes 1402 and 1404 are connected to the spacer 14
6 and are commonly connected to a lead wire 1481. The first stress detection sensor 142 is an electrode 140
Electrodes 1401 and 1403 are connected to each other in order to use the sum of charges of the same polarity generated between 1 and 1402 and between 1403 and 1404 as an output charge q ₂ , to cancel charges of opposite polarity, and to reverse the polarity of q ₁ . Common lead wire 1482 via spacer 144
The electrodes 1402 and 1404 are connected to the underlay 1.
43, they are commonly connected to the vortex generator 13, ie, to the reference point. Lead wires 1481, 1482
is taken out to the outside through through holes provided in each part of the sensor section 14 and hermetic seals 148, and connected to the vortex flowmeter converter 20. Note that a gas with a low dew point is filled in a portion of the vortex generator 13 surrounded by the recess 134 and the sensor portion 14 to prevent condensation, and the push rod 147 is provided with a communication hole 149 for the filled gas. There is. Reference numeral 15 denotes a labyrinth flow path provided at the intersection of the vortex generator 13 and the pipe line 11. As shown in FIG.
A fin 151 forming a slight gap with the fin 151 and an enlarged chamber 152 following the fin 151 form a pair, and are composed of at least one pair.

而して、凹部１３４の深さＬは、次式を満足す
るように選ばれている。 Therefore, the depth L of the recess 134 is selected so as to satisfy the following equation.

Lα_P＝t_Kα_K＋t_Sα_S＋t_Lα_L＋t_qα_q (13) α_P；渦発生体１３の熱膨張係数 α_K；押し棒１４７の熱膨張係数 α_S；絶縁板１４５の熱膨張係数 α_L；応力検出センサ１４１，１４２の熱膨張係
数 α_q；スペーサ１４４，１４６の熱膨張係数 t_K；押し棒１４７の長さ t_S；絶縁板１４５の厚さ t_L；応力検出センサ１４１，１４２の厚さ t_q；スペーサ１４４，１４６の厚さ 即ち、渦発生体１３と応力検出センサ１４１，
１４２と絶縁板１４５とスペーサ１４４，１４６
との間に生ずる熱膨張の差を、渦発生体１３と押
し棒１４７との熱膨張の差によつて、丁度打消す
ことができるように凹部１３４の深さＬが設定さ
れている。 Lα _P =t _K α _K +t _S α _S +t _L α _L +t _q α _q (13) α _P ; Coefficient of thermal expansion of vortex generator 13 α _K ; Coefficient of thermal expansion of push rod 147 α _S ; Coefficient of thermal expansion of insulating plate 145 Coefficient of thermal expansion α _L ; Coefficient of thermal expansion of stress detection sensors 141, 142 α _q ; Coefficient of thermal expansion of spacers 144, 146 t _K ; Length of push rod 147 t _S ; Thickness of insulating plate 145 t _L ; Stress detection Thickness _tq of sensors 141, 142; thickness of spacers 144, 146, that is, vortex generator 13 and stress detection sensor 141,
142, insulating plate 145, and spacers 144, 146
The depth L of the recess 134 is set so that the difference in thermal expansion between the vortex generator 13 and the push rod 147 can be exactly canceled out.

第６図は第２図の電気回路３０（第２図に図示
せず）のブロツク図である。 FIG. 6 is a block diagram of the electrical circuit 30 of FIG. 2 (not shown in FIG. 2).

３１，３２はチヤージコンバータで、応力検出
センサ１４１，１４２で検出した交流電荷q₁，q₂
を交流電圧E₃₁，E₃₂に変換する。３３は加減算回
路で、チヤージコンバータ３１，３２から出力を
加算して交流電圧E₃₃とする。３４は第２増幅回
路で、交流電圧E₃₃を増幅し交流電圧E₃₄とする。
３５は検波回路で、交流電圧E₃₄を検波しE₃₅とす
る。３６は整流回路で、交流電圧E₃₅のリツプル
分を除去する。３７はフイルタ回路で、交流電圧
E₃₃に含まれる低周波あるいは高周波のノイズを
除去し、交流電圧E₃₇とする。３８は第１増幅回
路で、交流電圧E₃₇を増幅し、交流電圧E₃₈とす
る。３９はシユミツトトリガー回路で、交流電圧
E₃₈を一定レベルのパルス信号P₃₉に変換する。４
１はＦ／Ｖコンバータで、パルス信号P₃₉をその
周波数に比例した直流電圧E₄₁に変換する。４２
は割算回路で、Ｆ／Ｖコンバータ４１と整流回路
３６の出力E₄₁，E₃₆に所望の演算を施し、その出
力に流体の密度または質量流量に関連した信号
E₄₂を取り出す。４３はゲート回路で、第１増幅
回路３８からの交流電圧E₃₈がシユミツト回路３
９の設定トリガレベルにまで達しなくなつた場合
に、割算回路４２の出力を０とする。而して、整
流回路３６の時定数とＦ／Ｖコンバータ４１の時
定数をほぼ同じにし、かつ、渦信号のビート周波
数より大なるように構成されている。 31 and 32 are charge converters, and AC charges q ₁ and q ₂ detected by stress detection sensors 141 and 142
Convert to AC voltages E ₃₁ and E ₃₂ . 33 is an addition/subtraction circuit which adds the outputs from the charge converters 31 and 32 to obtain an AC voltage E ₃₃ . 34 is a second amplification circuit that amplifies the AC voltage E ₃₃ to generate an AC voltage E ₃₄ .
35 is a detection circuit that detects the AC voltage E ₃₄ and converts it into E ₃₅ . 36 is a rectifier circuit that removes ripples from the AC voltage _E35 . 37 is a filter circuit, AC voltage
Low-frequency or high-frequency noise contained in E ₃₃ is removed to obtain AC voltage E ₃₇ . 38 is a first amplification circuit that amplifies the AC voltage E ₃₇ to obtain an AC voltage E ₃₈ . 39 is the Schmitt trigger circuit, which is an AC voltage
Converts E ₃₈ into a constant level pulse signal P ₃₉ . 4
1 is an F/V converter which converts the pulse signal P ₃₉ into a DC voltage E ₄₁ proportional to its frequency. 42
is a division circuit that performs desired calculations on the outputs E ₄₁ and E 36 of the F/V converter 41 and the rectifier circuit ₃₆ , and outputs a signal related to the density or mass flow rate of the fluid to the output.
Take out E ₄₂ . 43 is a gate circuit, and the AC voltage E ₃₈ from the first amplifier circuit 38 is applied to the Schmitt circuit 3.
When the trigger level no longer reaches the set trigger level of 9, the output of the divider circuit 42 is set to 0. Thus, the time constant of the rectifier circuit 36 and the time constant of the F/V converter 41 are made substantially the same and are configured to be greater than the beat frequency of the vortex signal.

以上の構成において、変動揚力信号の絶対値を
正確に検出するための渦周波数の帯域内でフラツ
トなｆ特性の信号変換回路（チヤージコンバータ
３１，３２と加減算回路３３）で物理量を電気量
に変換した後、同様に渦周波数の帯域内でフラツ
トなｆ特性を有する第２増幅回路３４で増幅し、
そのまま検波回路３５の入力とした。 In the above configuration, a signal conversion circuit (charge converters 31, 32 and addition/subtraction circuit 33) with a flat f characteristic within the vortex frequency band converts a physical quantity into an electrical quantity in order to accurately detect the absolute value of a fluctuating lift signal. After conversion, it is similarly amplified by a second amplification circuit 34 having a flat f characteristic within the vortex frequency band,
It was used as an input to the detection circuit 35 as it was.

一方、渦周波数検出は信号変換回路（チヤージ
コンバータ３１，３２と加減算回路３３）を通つ
た後、渦信号に含まれている高周波及び低周波ノ
イズを低滅させるため、フイルタ回路３７と第１
増幅回路３８を通した後、シユミツト回路（コン
バレータ）３９の入力とした。 On the other hand, for vortex frequency detection, after passing through the signal conversion circuit (charge converters 31, 32 and addition/subtraction circuit 33), a filter circuit 37 and a first
After passing through an amplifier circuit 38, it was input to a Schmitt circuit (converter) 39.

以上の結果、変動揚力信号検出回路と渦周波数
検出回路とを信号変換回路の直後から別々に分け
ることにより、変動揚力信号の絶対値を正確に測
定することと、確実に渦周波数を検出することと
を両立させることができた。 As a result of the above, by separating the fluctuating lift signal detection circuit and the vortex frequency detection circuit immediately after the signal conversion circuit, it is possible to accurately measure the absolute value of the fluctuating lift signal and to reliably detect the vortex frequency. I was able to achieve both.

而して、渦発生体１３と応力検出センサ１４
１，１４２と絶縁板１４５と、スペーサ１４４，
１４６との間に生ずる熱膨張の差を、渦発生体１
３と押し棒１４７との熱膨張の差によつて、丁度
打消すことができるように凹部１３４の深さＬが
設定されているので、周囲温度の変化によつて、
応力検出センサ１４１，１４２に加わる圧縮力が
変化することがなく、押し棒１４７によつて、最
初に加えられた初期圧縮状態のままが維持され
る。したがつて、測定流体に対して高温領域まで
測定を行うことができる。特に、絶対値的に影響
が生ずる変動揚力の測定に対して効果的である。 Therefore, the vortex generator 13 and the stress detection sensor 14
1,142, an insulating plate 145, a spacer 144,
The difference in thermal expansion that occurs between the vortex generator 1
Since the depth L of the concave portion 134 is set so that the difference in thermal expansion between 3 and the push rod 147 can be exactly canceled out, due to changes in ambient temperature,
The compressive force applied to the stress detection sensors 141 and 142 does not change, and is maintained in the initial compressed state initially applied by the push rod 147. Therefore, it is possible to measure the fluid to be measured up to a high temperature range. It is particularly effective for measuring variable lift that is affected in absolute value.

また、渦発生体１３と、応力検出センサ１４
１，１４２と絶縁板１４５とスペーサ１４４，１
４６との熱膨張係数をほぼ等しくしておけば、温
度変化があつても、初期押しつけ力が変化しない
ものが得られる。 In addition, the vortex generator 13 and the stress detection sensor 14
1,142, insulating plate 145 and spacer 144,1
By making the coefficient of thermal expansion substantially equal to that of 46, it is possible to obtain a product in which the initial pressing force does not change even if the temperature changes.

また、初期押しつけ力は、応力検出センサ１４
１，１４２の交番応力ρ_Sに対する感度が充分飽和
する大きさまで与えておけば、わずかな押しつけ
力の変化によつて出力誤差が大きく生じないもの
が得られる。具体的としては、たとえば、３Kg／
cm²以上の初期押しつけ力を加えるようにすればよ
い。 In addition, the initial pressing force is determined by the stress detection sensor 14.
If the sensitivity to the alternating stress ρ _S of 1,142 is sufficiently saturated, it is possible to obtain a device in which a slight change in the pressing force does not cause a large output error. Specifically, for example, 3Kg/
An initial pressing force of cm ² or more may be applied.

また、第１図実施例においては、第７図に示す
如く、変動揚力F_Lは下記の式で表わされる。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 7, the variable lift force F _L is expressed by the following formula.

F_L＝±C_L・１／２ρV²・ｄ・Ｄ (14) 但し C_L；変動揚力係数 ρ；密度 Ｖ；流速 ｄ；渦発生体の流れに対向する径 Ｄ；管内径 したがつて、変動揚力F_Lによる渦発生体１３
の信号曲げモーメントM_Sは M_S＝F_L・Ｄ／８・l³（2l³−D²ｌ−6l²ｘ＋D²ｘ）(15) ｌ；渦発生体の長手方向の長さ ｘ；上部固定端からの距離 センサ部１４の曲げモーメントM′_Sは外筒部１３
５との曲げのこわさの比となるから M_S′＝M_SI₀E₀／I₀E₀＋I₁E₁＝M_SI₀／I₀＋I₁（E₁／E₀）(1
6) I₀＝センサ部１４の断面二次モーメント E₀＝ 〃 のヤング率 I₁＝外筒部１３５の断面二次モーメント E₁＝ 〃 のヤング率 よつてセンサ部１４の応力は ρ_S＝M_S′／I₀ｙ (17) ｙ；中立軸からの距離 圧電素子からなる応力検出センサ１４１，１４
２の発生電荷量Ｑは Ｑ＝∫_Sρ_Sd₁₁d_S＝∫_SM_S′／I₀yd₁₁d_S (18) Ｓ；圧電素子１４０の面積 d₁₁；圧電定数 さて、ヤング率は温度により変化するが（ステ
ンレスの場合５〜６％／200℃）曲げモーメント
M_S′は(16)式より明らかなようにE₁／E₀となつてい
るからセンサ部１４のヤング率と外筒部１３５の
ヤング率の温度変化の割合いが等しければM_S′は
温度によらず一定である。 F _L = ±C _L・1/2ρV ²・d・D (14) However, C _L : Variable lift coefficient ρ : Density V : Flow velocity d : Diameter facing the flow of the vortex generator D : Pipe inner diameter Therefore, Vortex generator 13 due to variable lift force F _L
The signal bending moment M _S is M _S =F _L・D/8・l ³ (2l ³ −D ² l−6l ² x + D ² x) (15) l: Length in the longitudinal direction of the vortex generator x: Upper part The bending moment M′ _S of the distance sensor part 14 from the fixed end is the outer cylinder part 13
_{Since the ratio of the bending stiffness to _ _ _ _ _ _}
6) I ₀ = Moment of inertia of area of the sensor part 14 E ₀ = Young's modulus of 〃 I ₁ = Moment of inertia of area of outer cylinder part 135 E ₁ = Young's modulus of 〃 Therefore, the stress in the sensor part 14 is ρ _S = M _S ′/I ₀ y (17) y: Distance from the neutral axis Stress detection sensors 141, 14 made of piezoelectric elements
The amount of charge Q generated in 2 is Q = ∫ _S ρ _S d ₁₁ d _S = ∫ _S M _S ′/I ₀ yd ₁₁ d _S (18) S: Area of piezoelectric element 140 d ₁₁ ; Piezoelectric constant Now, Young's modulus is Bending moment varies depending on temperature (5-6%/200℃ for stainless steel)
As is clear from equation (16), M _S ′ is E ₁ /E ₀ , so if the rate of temperature change in the Young's modulus of the sensor section 14 and the Young's modulus of the outer cylinder section 135 is equal, then M _S ′ is It is constant regardless of temperature.

すなわち、圧電素子１４０、絶縁板１４５に薄
いものを使用しセンサ部１４全体の大部分を占め
る押し棒１４７、電極１４０１，１４０２，１４
０３，１４０４、スペーサ１４４，１４６の金属
材料を外筒部１３５を構成する金属材料と同種の
ものを使用すればE₁／E₀は温度変化しても一定
値となる。 That is, the piezoelectric element 140 and the insulating plate 145 are thin, and the push rod 147 and electrodes 1401, 1402, and 14 occupy the majority of the entire sensor section 14.
03, 1404, and the spacers 144, 146 are of the same type as the metal material constituting the outer cylinder portion 135, E ₁ /E ₀ remains a constant value even if the temperature changes.

この結果(18)式で示される発生電荷量Ｑはヤング
率の温度変化によらないことになる。なお、断面
二次モーメントI₀，I₁は形状、寸法で決まる定数
である。 As a result, the amount of generated charge Q expressed by equation (18) is independent of temperature changes in Young's modulus. Note that the moment of inertia of area I ₀ and I ₁ are constants determined by the shape and dimensions.

これは第２図実施例のいわゆる応力検出方式の
利点で歪み量や、変位量を測定する場合と異なり
温度変化すなわちヤング率の変化に対して感度は
変らない。 This is an advantage of the so-called stress detection method of the embodiment shown in FIG. 2, and unlike the case where the amount of strain or displacement is measured, the sensitivity does not change with respect to temperature changes, that is, changes in Young's modulus.

ただし、応力検出方式においても第１０図に示
すガラス封着等の封着構造のものは、封着材のヤ
ング率の温度変化は外筒部１３５の金属材料にく
らべ１桁から２桁大きく、温度変化に対して
E₁／E₀を一定にすることは不可能である。 However, even in the stress detection method, with a sealing structure such as glass sealing shown in FIG. against temperature changes
It is impossible to keep E ₁ /E ₀ constant.

次に、管路を伝播してくる振動ノイズ、たとえ
ば、ポンプ、コンプレツサー、ダンパーの開閉等
による振動ノイズの影響により、管路全体が振れ
る。この振動によつて、渦発生体１３には前述交
番力Ｆが作用する方向に渦発生体１３の質量分布
等に基づく交番の曲げモーメントM_Nが作用する。
この交番の曲げモーメントM_Nにより渦発生体１
３に生ずる応力は応力検出センサ１４１，１４２
においてノズルとして検出される。 Next, the entire pipe line vibrates due to the influence of vibration noise propagating through the pipe line, for example, vibration noise caused by opening and closing of pumps, compressors, dampers, etc. Due to this vibration, an alternating bending moment M _N based on the mass distribution of the vortex generator 13 acts on the vortex generator 13 in the direction in which the aforementioned alternating force F acts.
Due to this alternating bending moment M _N , the vortex generator 1
The stress generated in the stress detection sensors 141 and 142
is detected as a nozzle.

第３図は、この曲げモーメントM_Nを示したも
ので、M_Sは渦発生によつて生じた交番の曲げモ
ーメント（測定対象）である。 FIG. 3 shows this bending moment M _N , where M _S is the alternating bending moment (object to be measured) caused by vortex generation.

本願においては、曲げモーメントM_Nが零とな
る位置Ａの片側にそれぞれ応力検出センサ１４
１，１４２を配置して、たとえば、ある瞬時にお
いて、外部振動ノイズによるプラスの応力を応力
検出センサ１４１で検出し、プラスの応力を応力
検出センサ１４２で検出して、加減算回路３３で
加算して、積極的に打ち消すようにした。而も、
加減回路３３の入力の一方を可変できるように構
成したもので、第１入力処理回路のノイズ分の大
きさに、第２入力処理回路のノイズ分の大きさを
調節して容易に合わせることができる。したがつ
て、加減算回路３３で、ノイズ分を完全にキヤン
セルすることができる。この結果、応力検出セン
サ１４１と１４２を曲げモーメントM_Nのプラス
量とプラス量とが相互に等しくなるそれぞれの位
置に、厳密に配置する必要がなく、応力検出セン
サ１４１，１４２の凹部１３４の配置が容易とな
り、装置の製作が安価にできる。 In this application, stress detection sensors 14 are installed on one side of the position A where the bending moment M _N becomes zero.
1,142, for example, at a certain instant, the stress detection sensor 141 detects the positive stress due to external vibration noise, the stress detection sensor 142 detects the positive stress, and the addition/subtraction circuit 33 adds the positive stress. , I tried to actively cancel it. However,
One of the inputs of the adding/subtracting circuit 33 is configured to be variable, so that the magnitude of the noise of the second input processing circuit can be easily adjusted to match the magnitude of the noise of the first input processing circuit. can. Therefore, the addition/subtraction circuit 33 can completely cancel the noise. As a result, it is not necessary to strictly arrange the stress detection sensors 141 and 142 at respective positions where the positive amounts of the bending moments M _N are equal to each other, and the recesses 134 of the stress detection sensors 141 and 142 are This makes it easy to manufacture the device at low cost.

今、これを数式で表わすとすると、応力検出セ
ンサ１４１，１４２に生ずる電荷q₁，q₂は渦発生
による信号電荷に管路振動等によるノイズ電荷が
重畳されたものとなり、信号電荷の振幅をS₁，
S₂、ノイズ電荷の振幅をN₁，N₂とすると次式で
与えられる。 Now, if we express this in a mathematical formula, the charges q ₁ and q ₂ generated in the stress detection sensors 141 and 142 are the signal charges caused by vortex generation and the noise charges caused by pipe vibration etc. superimposed, and the amplitude of the signal charges is _S1 ,
Letting S ₂ and the amplitude of the noise charge be N ₁ and N ₂ , it is given by the following equation.

q₁＝S₁sin wt＋N₁sin w′t (19) q₂＝S₂sin wt＋N₂sin w′t (20) ただし、ｗ：信号の角周波数 w′：ノイズの角周波数 (18)−λ×(19)とすると q_put＝（S₁−λS₂）sin wt＋（N₁−λN₂）sin w′t
(21) N₁＝λN₂なるようにして q_put＝（S₁−λS₂）sin wt (22) となる。 q ₁ = S ₁ sin wt + N ₁ sin w′t (19) q ₂ = S ₂ sin wt + N ₂ sin w′t (20) where, w: Angular frequency of signal w′: Angular frequency of noise (18)−λ ×(19) then q _put = (S ₁ − λS ₂ ) sin wt + (N ₁ − λN ₂ ) sin w′t
(21) Since N ₁ = λN ₂ , q _put = (S ₁ − λS ₂ ) sin wt (22).

而して、渦発生体１３の凹部１３４の周側面と
応力検出センサ１４１，１４２、絶縁板１４５お
よび、スペーサ１４４，１４６との間にはわずか
の隙間を保つようにすれば、信号も曲げモーメン
トM_Sとノイズの曲げモーメントM_Nの安定化がは
かれる。 Therefore, if a small gap is maintained between the circumferential side of the recess 134 of the vortex generator 13 and the stress detection sensors 141, 142, the insulating plate 145, and the spacers 144, 146, the signal will also be controlled by the bending moment. Stabilization of M _S and noise bending moment M _N is achieved.

また、振動ノイズは、第３図に示す如く、渦発
生体の自重によるものとN_Aと、渦発生体１３の
頂部に搭載された搭載ケースによるものN_Bとの
ベクトル和で示されるので、応力検出センサ１４
１，１４２の位置は N_1A＝λN_2A (23) N_1B＝λN_2B (24) 但し N_1A：応力検出センサ１４１で検出された、渦
発生体の自重による振動ノイズ N_2A：応力検出センサ１４２で検出された、渦
発生体の自重による振動ノイズ N_1B：応力検出センサ１４１で検出された、搭
載ケースによる振動ノイズ N_2B：応力検出センサ１４２で検出された、搭
載ケースによる振動ノイズ となるように決定されると、ノイズを容易に除去
できる。 Furthermore, as shown in FIG. 3, the vibration noise is represented by the vector sum of N _A caused by the weight of the vortex generator 13 and N _B caused by the mounting case mounted on the top of the vortex generator 13. Stress detection sensor 14
The position of 1,142 is N _1A = λN _2A (23) N _1B = λN _2B (24) However, N _1A : Vibration noise due to the weight of the vortex generator detected by the stress detection sensor 141 N _2A : Stress detection sensor 142 Vibration noise due to the weight of the vortex generator detected by N _1B : Vibration noise due to the mounting case detected by the stress detection sensor 141 N _2B : Vibration noise due to the mounting case detected by the stress detection sensor 142 Once determined, the noise can be easily removed.

而して、渦流量計では、出力が周波数であるの
で、応力検出センサ１４１，１４２に使用される
圧電素子の、温度に対する感度変化（圧電定数の
温度変化）は問題にならないが、本願の場合は、
変動揚力の絶対値が必要となるので、チタン酸
鉛、チタン酸鉛−ジルコン酸鉛（PZT）やニオ
ブ酸リチウム（LiNbO₃）よりも圧電定数の温度
係数の小さい圧電素子、たとえば、水晶Ｘカツト
を選択することが望ましい。 In the case of the vortex flowmeter, since the output is a frequency, changes in the temperature sensitivity of the piezoelectric elements used in the stress detection sensors 141 and 142 (temperature changes in the piezoelectric constant) are not a problem, but in the case of the present application. teeth,
Since the absolute value of the fluctuating lift force is required, piezoelectric elements with a smaller temperature coefficient of piezoelectric constant than lead titanate, lead titanate-lead zirconate (PZT), or lithium niobate (LiNbO ₃ ), such as crystal X-cuts, are used. It is desirable to select

また、実配管ラインでは設計のλと0.05〜0.1
ほど変化する場合があるので、Δλ／λが±５％
の変化に対してΔq／ｑが±１％以下にするには、 Δq／ｑ＝｛S₁−（λ＋Δλ）S₂｝−（S₁−λS₂）／S₁
−λS₂＝−ΔλS₂／S₁−λS₂＝−Δλ／S₁／S₂−λ(25)
λ≒１，Δλ＝±0.05で（25）式が±0.01以下と
なる条件はS₁／S₂≧６ (26) に選択すればよい。 In addition, in an actual piping line, the design λ and 0.05 to 0.1
Δλ/λ may vary by ±5%.
To make Δq/q less _{than ± 1} % with respect to _the change _in
−λS ₂ = −ΔλS ₂ /S ₁ −λS ₂ = −Δλ/S ₁ /S ₂ −λ(25)
S ₁ /S ₂ ≧6 (26) should be selected as the condition that λ≒1, Δλ=±0.05, and equation (25) is less than or equal to ±0.01.

すなわち２ケの応力検出センサの配置位置に関
しては（26）式と（23），（24）式をほぼ同時に満
たす必要があるが、それほど難しいことではな
く、応力検出センサ１４１をまず渦信号モーメン
トM_Sが０となる点におき、（26）式を満たし、そ
の後、応力検出センサ１４２を（23），（24）式を
満たすように決定すればよい。計算及び実験結果
からセンサ部１４の変動揚力による信号曲げモー
メントM_S、振動によるノイズ曲げモーメントM_N
は第３図のように示される。曲げモーメントM_B
はほぼフラツトな直線であり、一方曲げモーメン
トM_Aは中央部に谷をもつ曲線で示されるので
M_1A／M_2A＝M_1B／M_2B＝λにする応力検出セン
サ１４２の位置を求めることは容易である。 In other words, regarding the placement positions of the two stress detection sensors, it is necessary to satisfy equations (26), (23), and (24) almost simultaneously, but it is not that difficult. It is sufficient to satisfy the equation (26) at the point where _S becomes 0, and then determine the stress detection sensor 142 so as to satisfy the equations (23) and (24). From the calculation and experimental results, the signal bending moment M _S due to the fluctuating lift of the sensor section 14 and the noise bending moment M _N due to vibration are determined.
is shown as in FIG. Bending moment M _B
is a nearly flat straight line, while the bending moment M _A is represented by a curve with a valley in the center.
It is easy to find the position of the stress detection sensor 142 where M _1A /M _2A =M _1B /M _2B =λ.

また、渦発生体１３と管路１１との交差部分に
ラビリンス流路１５が設けられているが、ラビリ
ンス流路１５がない場合には、測定流体がスチー
ム等の場合には、スタート直後に、管路１１か
ら、管路１１と渦発生体１３の頂部側との隙間に
流入し、スチームが渦発生体１３の外筒部１３５
に熱を与えてドレイン化し、ドレイン化すると体
積が著しく減少し（圧力が著しく減少し）、直ち
に新たなスチームが流入し、これのくり返しで、
渦発生体１３の外筒部１３５の温度は急上昇し、
渦発生体１３の外筒部１３５と、応力検出センサ
１４１，１４２、下敷１４３、押し棒１４７、絶
縁板１４５およびスペーサー１４４，１４６で構
成される内筒部との間に大きな温度差が生じ、渦
発生体１３の外筒部１３５の熱膨張が大きくな
り、応力検出センサ１４１，１４２への面圧が低
下して、応力検出センサ１４１，１４２の感度が
低下する。ラビリエンス流路１５がある場合に
は、測定流体は各段で圧縮膨張をくり返すので、
圧力降下が減じられ、スチームの流入量をへらす
ことができるので、応力検出センサ１４１，１４
２の感度の低下を防止することができる。応力検
出センサ１４１，１４２の感度の低下は、渦周波
数の検出においては、周波数を測定すればよいの
で、致命的ではないが、揚力信号（ρV²）の検出
においては、揚力信号の絶対値の低下となり、大
きな誤差となる。 Further, although a labyrinth channel 15 is provided at the intersection of the vortex generator 13 and the pipe line 11, if there is no labyrinth channel 15, if the fluid to be measured is steam or the like, immediately after the start, Steam flows from the pipe 11 into the gap between the pipe 11 and the top side of the vortex generator 13, and the steam flows into the outer cylindrical part 135 of the vortex generator 13.
When it becomes a drain, the volume decreases significantly (the pressure decreases significantly), and new steam immediately flows in. By repeating this process,
The temperature of the outer cylinder part 135 of the vortex generator 13 rises rapidly,
A large temperature difference occurs between the outer cylinder part 135 of the vortex generator 13 and the inner cylinder part composed of the stress detection sensors 141, 142, the underlay 143, the push rod 147, the insulating plate 145, and the spacers 144, 146, Thermal expansion of the outer cylindrical portion 135 of the vortex generator 13 increases, the surface pressure on the stress detection sensors 141, 142 decreases, and the sensitivity of the stress detection sensors 141, 142 decreases. When there is a labyrinth channel 15, the measurement fluid is repeatedly compressed and expanded at each stage, so
Since the pressure drop is reduced and the amount of steam inflow can be reduced, the stress detection sensors 141, 14
It is possible to prevent the decrease in sensitivity of 2. A decrease in the sensitivity of the stress detection sensors 141 and 142 is not fatal in detecting the vortex frequency because it is sufficient to measure the frequency, but in detecting the lift signal (ρV ² ), the decrease in the absolute value of the lift signal This results in a large error.

なお、スチーム以外の流体では、熱を与えて
も、状態の変化はほとんど生じず、管路１１と渦
発生体１３の頂部側との隙間に滞留し、測定流体
の流入はわずかであり、問題とならない。 Note that with fluids other than steam, even if heat is applied, there is almost no change in the state, and the fluid remains in the gap between the pipe line 11 and the top side of the vortex generator 13, and the flow of measurement fluid is small, causing no problems. Not.

なお、間隙以外からの流体の熱伝導は内筒部と
外筒部とでほぼ同一温度スピードとなり前述した
内筒部の温度膨張と外筒部の温度膨張とをほぼ等
しくしておくことで面圧の低下はない。 Note that the heat conduction of the fluid from other than the gap has almost the same temperature speed in the inner cylinder and the outer cylinder, and by making the temperature expansion of the inner cylinder and the outer cylinder almost equal, There is no pressure drop.

なお、前述の実施例においては、一端固定、一
端支持した渦発生体の交番応力を検出する、いわ
ゆる応力検出方式を用いたものについて説明した
が、一端固定、一端自由にした渦発生体の交番応
力を検出するものでもよい。 In the above embodiment, a so-called stress detection method was used to detect the alternating stress of a vortex generator with one end fixed and one end supported, but an alternating vortex generator with one end fixed and one end free It may also be one that detects stress.

また、変動揚力を検出する他の力検出方式、た
とえば、変位、ひずみ、トルク等においても、温
度変化によるセンサの機械的な定数（ヤング率、
ばね定数）の変化を温度補償してやれば、カルマ
ン渦を利用した質量流量計が構成できる。 In addition, other force detection methods for detecting fluctuating lift, such as displacement, strain, torque, etc., can also be applied to the sensor's mechanical constants (Young's modulus,
By temperature-compensating changes in the spring constant, a mass flowmeter using Karman vortices can be constructed.

なお、渦信号を処理する電気回路部分の構成は
前述の実施例に限ることはないことは勿論であ
る。 It goes without saying that the configuration of the electric circuit portion that processes the vortex signal is not limited to the above-described embodiment.

（発明の効果） 以上説明したように、本願は、交番力として作
用するカルマン渦信号を利用して測定流体の質量
流量を測定する質量流量計において、測定流体の
管路に直角に挿入された柱状の受力体と、受力体
の軸方向に設けられた凹部と、凹部の前記交番力
による応力がほぼ零となる位置に配置された第１
応力検出部と、第１応力検出部配置位置以外の凹
部に配置された第２応力検出部と、凹部に側面が
接触しない隙間を保つて挿入され一端が応力検出
センサを凹部に押圧固定し他端が凹部の開口部に
おいて固定された柱状の固定体と、応力検出部を
絶縁する絶縁体とを具備し、凹部の軸方向の深さ
が温度の変化に伴い受力体と応力検出部および絶
縁体との間に生ずる熱膨脹の差を受力体と固定体
との熱膨脹の差により打消されるような深さに設
定すると共に、凹部によつて形成される受力体の
外筒部分と、応力検出部と絶縁体と固定体とで構
成される内筒部分との曲げこわさの温度変化が等
しくなるように各構成部分の材料が選択されて構
成されたことを特徴とする質量流量計を構成した
ので、周囲温度の変化によつて応力検出センサに
加わる圧縮力が変化することなく、したがつて、
測定流体に対して高温領域まで測定することがで
きる。また、温度変化があつても、初期圧縮力が
変化しないものが得られる。また、外筒部分と内
筒部分との曲げこわさの温度変化が等しくなるよ
うに各構成部分の材料が選択されて構成されてい
るので、内筒部分に発生する曲げ応力は温度変化
によつて変化することがなく、応力検出部に発生
する電気信号は温度変化の影響を受けないものが
得られる。したがつて、絶対値的に影響が生ずる
変動揚力の測定について、特に、効果的である。(Effects of the Invention) As explained above, the present application provides a mass flow meter that measures the mass flow rate of a fluid to be measured using a Karman vortex signal that acts as an alternating force. a columnar force-receiving body, a recess provided in the axial direction of the force-receiving body, and a first portion disposed at a position where the stress due to the alternating force in the recess is approximately zero.
A stress detecting section, a second stress detecting section disposed in a recess other than the first stress detecting section, and a second stress detecting section are inserted into the recess with a gap that prevents the side surfaces from coming into contact with each other, and one end presses and fixes the stress detecting sensor in the recess. It includes a columnar fixed body whose end is fixed at the opening of the recess, and an insulator that insulates the stress detection part, and the axial depth of the recess increases as the temperature changes. The depth is set so that the difference in thermal expansion between the force receiving body and the fixed body is canceled out by the difference in thermal expansion between the force receiving body and the fixed body, and the outer cylindrical portion of the force receiving body formed by the concave portion and , a mass flowmeter characterized in that the material of each component is selected and constructed so that the temperature change in bending stiffness is equal between the stress detection part, the inner cylinder part made up of an insulator, and a fixed body. , the compressive force applied to the stress detection sensor does not change due to changes in ambient temperature, and therefore,
It is possible to measure up to the high temperature range of the fluid to be measured. Moreover, even if there is a temperature change, the initial compressive force does not change. In addition, since the materials of each component are selected and constructed so that the temperature change in bending stiffness of the outer cylinder part and the inner cylinder part is equal, the bending stress generated in the inner cylinder part is reduced by temperature changes. The electrical signal generated in the stress detection section does not change and is not affected by temperature changes. Therefore, it is particularly effective for measuring variable lift forces that are affected in absolute terms.

したがつて、本発明によれば、温度特性の良好
な質量流量計を実現することができる。 Therefore, according to the present invention, a mass flowmeter with good temperature characteristics can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例の構成説明図で、Ａ
は正面図、Ｂは側面図、第２図は第１図の検出器
部を断面で示す構成説明図、第３図は第２図の動
作説明図、第４図、第５図はそれぞれ第２図の要
部説明図、第６図は第１図の電気回路図、第７図
は第２図の動作説明図、第８図は管路に渦発生体
が配置された場合の揚力等の説明図、第９図は抗
力係数の説明図、第１０図は従来より一般に使用
されている従来例の構成説明図、第１１図は第１
０図の部品説明図。 １０……渦流量検出器、１１……管路、１２…
…ノズル、１３……渦発生体、１３１……上端、
１３２……下端、１３３……接流体部分、１３４
……凹部、１３５……外筒部、１４……センサ
部、１４０……圧電素子、１４１……第２の応力
検出センサ、１４２……第１の応力検出センサ、
１４３……下敷、１４４……第１のスペーサ、１
４５……絶縁板、１４６……第２のスペーサ、１
４７……押し棒、１４８……ハーメチツクシー
ル、１４８１，１４８２……リード線、１４９…
…連通孔、１４０１，１４０２，１４０３，１４
０４……電極、１５……ラビリエンス流路、１５
１……フイン、１５２……拡大室、２０……渦流
量計変換器、３０……電気回路、３１，３２……
チヤージコンバータ、３３……加減算回路、３４
……第２増幅回路、３５……検波回路、３６……
整流回路、３７……フイルタ回路、３８……第１
増幅回路、３９……シユミツトトリガ回路、４１
……Ｆ／Ｖコンバータ、４２……割算回路、４３
……ゲート回路。 FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of one embodiment of the present invention.
is a front view, B is a side view, FIG. 2 is a configuration explanatory diagram showing a cross section of the detector section of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of FIG. 2, and FIGS. Fig. 2 is an explanatory diagram of the main parts, Fig. 6 is an electric circuit diagram of Fig. 1, Fig. 7 is an explanatory diagram of the operation of Fig. 2, and Fig. 8 is an illustration of the lift force etc. when a vortex generator is placed in the pipe. 9 is an explanatory diagram of the drag coefficient, Fig. 10 is an explanatory diagram of the configuration of a conventional example commonly used, and Fig. 11 is an explanatory diagram of the drag coefficient.
Part explanatory diagram of Figure 0. 10...Vortex flow rate detector, 11...Pipe line, 12...
... Nozzle, 13 ... Vortex generator, 131 ... Upper end,
132... Lower end, 133... Part in contact with fluid, 134
... recessed part, 135 ... outer cylinder part, 14 ... sensor section, 140 ... piezoelectric element, 141 ... second stress detection sensor, 142 ... first stress detection sensor,
143...Underlayment, 144...First spacer, 1
45... Insulating plate, 146... Second spacer, 1
47... Push rod, 148... Hermetic seal, 1481, 1482... Lead wire, 149...
...Communication hole, 1401, 1402, 1403, 14
04...electrode, 15...labiliance channel, 15
1... Fin, 152... Expansion chamber, 20... Vortex flow meter converter, 30... Electric circuit, 31, 32...
Charge converter, 33... Addition/subtraction circuit, 34
...Second amplifier circuit, 35...Detection circuit, 36...
Rectifier circuit, 37... filter circuit, 38... first
Amplifier circuit, 39... Schmitt trigger circuit, 41
...F/V converter, 42...Division circuit, 43
...gate circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 交番力として作用するカルマン渦信号を利用
して測定流体の質量流量を測定する質量流量計に
おいて、測定流体の管路に直角に挿入された柱状
の受力体と、該受力体の軸方向に設けられた凹部
と、該凹部の前記交番力による応力がほぼ零とな
る位置に配置された第１応力検出部と、該第１応
力検出部配置位置以外の前記凹部に配置された第
２応力検出部と、前記凹部に側面が接触しない隙
間を保つて挿入され一端が前記応力検出センサを
該凹部に押圧固定し他端が前記凹部の開口部にお
いて固定された柱状の固定体と、前記応力検出部
を絶縁する絶縁体とを具備し、前記凹部の軸方向
の深さが温度の変化に伴い前記受力体と前記応力
検出部および前記絶縁体との間に生ずる熱膨脹の
差を前記受力体と前記固定体との熱膨脹の差によ
り打消されるような深さに設定すると共に、前記
凹部によつて形成される受力体の外筒部分と、前
記応力検出部と前記絶縁体と前記固定体とで構成
される内筒部分との曲げこわさの温度変化が等し
くなるように各構成部分の材料が選択されて構成
されたことを特徴とする質量流量計。1. In a mass flowmeter that measures the mass flow rate of a fluid to be measured using a Karman vortex signal that acts as an alternating force, there is a columnar force-receiving body inserted perpendicularly into the pipeline of the fluid to be measured, and an axis of the force-receiving body. a first stress detection section disposed at a position where the stress due to the alternating force in the recess is approximately zero; and a first stress detection section disposed in the recess at a position other than the first stress detection section arrangement position. a columnar fixing body that is inserted into the recess with a gap such that its side surfaces do not come into contact with each other, one end of which presses and fixes the stress detection sensor in the recess, and the other end of which is fixed at the opening of the recess; an insulator that insulates the stress detection section, and the depth of the recess in the axial direction absorbs a difference in thermal expansion that occurs between the force receiving body, the stress detection section, and the insulator due to a change in temperature. The depth is set such that the difference in thermal expansion between the force receiving body and the fixed body is canceled out, and the outer cylindrical portion of the force receiving body formed by the recess, the stress detection portion and the insulation 1. A mass flowmeter characterized in that materials of each component are selected and constructed so that temperature changes in bending stiffness of an inner cylinder portion constituted by the body and the fixed body are equal.