JPH07151570A - Vortex flow meter - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a vortex flow meter which has good anti-earthquake property, small size, and low cost, and can measure the accurate flow velocity and the flow rate up to a low flow velocity at a high accuracy. CONSTITUTION:In a vortex flow meter which measures the flow velocity and the flow rate by detecting a Karman's vortex train generated periodically by a vortex generating body 42, a pillar form vortex generating body 42 provided vertical to a measuring passage; a diaphragm 48 whose plane is provided parallel to the flowing direction of the measuring passage so as to detect the vortex frequency of the Karman's vortex train at the vortex generating body 42 or at the downstream of the vortex generating body 42; and a shearing type semiconductor distortion gage 49 provided to the diaphragm 48; are provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、耐震特性が良好で、小
型、低コストで、低流速まで精度良く正確な流速流量測
定が可能な渦流量計に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vortex flowmeter having excellent seismic resistance, small size, low cost, and accurate and accurate flow velocity flow measurement even at low flow velocity.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図８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、特開昭６１−２９２５
２１号（特願昭６０−１３４８９５号）に示されてい
る。図９は管路１１の長手方向より見た断面説明図であ
る。１１は測定流体が流れる管路、１２は管路１１に直
角に挿入された柱状の渦発生体である。１３，１４は、
管路１１に設けられた内部空所である。１５，１６は、
内部空所１３，１４にそれぞれ設けられ、内部空所１
３，１４を測定室１３１，１３２，１４１，１４２に分
けるダイアフラムである。１７，１８は、管路１１と渦
発生体１２とにわたって設けられ、一端は渦発生体１２
において管路１１内に連通し、他端は管路１１において
測定室１３１，１４１にそれぞれ連通する導圧孔であ
る。２１，２２は、それぞれ測定室１３２，１４２に面
して管路１１に設けられた絶縁体である。２３，２４
は、絶縁体２１，２２の表面に設けられ、それぞれダイ
アフラム１５，１６と静電容量電極２５，２６を構成す
る電極である。２７は、管路１１に設けられ、一端が測
定室１３２に連通し、他端が測定室１４２に連通する連
通孔である。２８は、測定室１３２，１４２と連通孔２
７とに封入された封入液である。この場合は、シリコン
オイルが使用されている。以上の構成において、測定流
体が管路１１の中を流れると、渦発生体１２によりカル
マン渦列が発生する。このカルマン渦列による圧力変動
は、導圧孔１７，１８を介して測定室１４１，１４２に
伝達され、ダイアフラム１５，１６が変動する。この変
動周波数を圧力センサである静電容量電極２５，２６に
より検出することにより測定流体の流速流量が測定でき
る。而して、連通孔２７により、測定室１３２と測定室
１４２とが連通されているため、外乱振動ノイズが打ち
消される。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a structural explanatory view of a conventional example which has been generally used, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-2925.
No. 21 (Japanese Patent Application No. 60-134895). FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view as seen from the longitudinal direction of the conduit 11. Reference numeral 11 is a pipe through which the measurement fluid flows, and 12 is a columnar vortex generator inserted in the pipe 11 at a right angle. 13, 14 are
It is an internal void provided in the pipeline 11. 15 and 16 are
Internal voids 1 and 2 are provided in the internal voids 13 and 14, respectively.
It is a diaphragm which divides 3 and 14 into measurement chambers 131, 132, 141 and 142. 17, 18 are provided across the pipe line 11 and the vortex generator 12, and one end thereof has the vortex generator 12
Is a pressure guiding hole that communicates with the inside of the conduit 11 and the other end communicates with the measurement chambers 131 and 141 in the conduit 11. Reference numerals 21 and 22 are insulators provided in the conduit 11 facing the measurement chambers 132 and 142, respectively. 23, 24
Are electrodes that are provided on the surfaces of the insulators 21 and 22 and configure the diaphragms 15 and 16 and the capacitance electrodes 25 and 26, respectively. Reference numeral 27 is a communication hole that is provided in the conduit 11 and has one end communicating with the measurement chamber 132 and the other end communicating with the measurement chamber 142. 28 is a communication hole 2 with the measurement chambers 132 and 142.
It is the enclosed liquid enclosed in 7 and 7. In this case, silicone oil is used. In the above configuration, when the measurement fluid flows in the pipe line 11, the Karman vortex streets are generated by the vortex generator 12. The pressure fluctuation due to the Karman vortex train is transmitted to the measurement chambers 141 and 142 via the pressure guiding holes 17 and 18, and the diaphragms 15 and 16 fluctuate. The flow velocity and flow rate of the measurement fluid can be measured by detecting the fluctuation frequency by the capacitance electrodes 25 and 26 which are pressure sensors. Since the measurement chamber 132 and the measurement chamber 142 are communicated with each other through the communication hole 27, the disturbance vibration noise is canceled.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一般に、圧力センサ単
体では外部からの機械振動が加えられた場合に、その振
動成分が圧力センサ出力信号に重畳して、Ｓ／Ｎ比を低
下させ、低流速域まで測定することができない。これを
改良するために、この従来例では、圧力センサである静
電容量電極を２個使用して（静電容量電極２５，２
６）、外乱振動ノイズ成分のみを相殺する構造を採用し
ている。しかしながら、この様な装置においては、構造
が複雑となり、小型化、低コスト化に限界がある。即
ち、従来の圧力センサでは、検出感度が低いため、ダイ
アフラムの直径を大きくしなければならず、ダイアフラ
ムの質量が大きくなり、外乱振動ノイズに対して感度が
大となり、この外乱振動を打ち消す構成が必要不可欠と
なる。従って、構造が複雑となり、小型化、低コスト化
が困難になる。本発明は、この問題点を解決するもので
ある。本発明の目的は、耐震特性が良好で、小型、低コ
ストで、低流速まで精度良く正確な流速流量測定が可能
な渦流量計を提供するにある。Generally, when a mechanical vibration from the outside is applied to the pressure sensor alone, its vibration component is superimposed on the output signal of the pressure sensor to reduce the S / N ratio, resulting in a low flow velocity. It is impossible to measure up to the range. In order to improve this, in this conventional example, two capacitance electrodes which are pressure sensors are used (capacitance electrodes 25, 2
6) The structure that cancels only the disturbance vibration noise component is adopted. However, in such a device, the structure becomes complicated, and there is a limit to downsizing and cost reduction. That is, in the conventional pressure sensor, since the detection sensitivity is low, the diameter of the diaphragm must be increased, the mass of the diaphragm is increased, the sensitivity to the disturbance vibration noise is high, and the structure for canceling the disturbance vibration is required. It becomes indispensable. Therefore, the structure becomes complicated, and it becomes difficult to reduce the size and cost. The present invention solves this problem. An object of the present invention is to provide a vortex flowmeter which has good seismic resistance, is small in size, low in cost, and capable of accurately measuring flow velocity and flow rate even at low flow velocity.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、渦発生体により周期的に発生するカルマ
ン渦列の渦周波数を検出して流速流量を測定する渦流量
計において、測定流路に垂直に設けられた柱状の渦発生
体と、該渦発生体或いは該渦発生体の下流に前記カルマ
ン渦列の渦周波数が検出されるように平面が前記測定流
路の流れ方向に平行に設けられたダイアフラムと、該ダ
イアフラムに設けられた剪断型半導体歪ゲージとを具備
したことを特徴とする渦流量計を構成したものである。In order to achieve this object, the present invention provides a vortex flowmeter for detecting a vortex frequency of a Karman vortex train periodically generated by a vortex generator to measure a flow velocity flow rate, A column-shaped vortex generator provided perpendicularly to the measurement flow channel, and a plane in which the vortex generator or a vortex frequency of the Karman vortex train downstream of the vortex generator has a plane in the flow direction of the measurement flow channel. And a shearing type semiconductor strain gauge provided on the diaphragm, and a vortex flowmeter.

【０００５】[0005]

【作用】以上の構成において、測定流体が管路の中を流
れると、渦発生体によりカルマン渦列が発生する。この
カルマン渦列による圧力変動はダイアフラムに伝達さ
れ、ダイアフラムに設けられた剪断型半導体歪ゲージに
より、渦発生周波数が検出され、測定流体の流速流量が
測定できる。以下、実施例に基づき詳細に説明する。In the above structure, when the measurement fluid flows in the pipe, the Karman vortex streets are generated by the vortex generator. The pressure fluctuation due to the Karman vortex street is transmitted to the diaphragm, and the vortex generation frequency is detected by the shear type semiconductor strain gauge provided on the diaphragm, and the flow velocity flow rate of the measurement fluid can be measured. Hereinafter, detailed description will be given based on examples.

【０００６】[0006]

【実施例】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Ａ−Ａ断面図である。図において、４１は
測定流体が流れる管路、４２は管路４１に直角に挿入さ
れた柱状の渦発生体である。４３，４４は、渦発生体４
１内にそれぞれ設けられた内部空所である。４５は、渦
発生体４１に設けられ、内部空所４３と管路４１内の測
定流体とを連通する２個の圧力導入口である。４６は、
渦発生体４１に設けられ、内部空所４３，４４を、空所
４３１，４３２，４４１，４４２に分けるプリント基板
である。４７は、プリント基板に設けられた圧力孔であ
る。４８は、プリント基板の圧力孔４７の周囲に設けら
れ、内部空所４３を測定室４８１，４８２に分けるダイ
アフラムである。４９は、ダイアフラム４８に設けられ
た剪断型半導体歪ゲージである。５１は、プリント基板
４６に設けられた増幅器である。５２は、増幅器５１よ
り引き出されたリードである。図３にプリント基板４６
上の回路を示す。外部からの電源±Ｖ_CCで動作し、等価
的にブリッジ回路で表されている剪断型半導体歪ゲージ
４９の出力は、差動増幅器５１によって増幅され，リー
ド５２より外部に出力される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory view of the essential structure of an embodiment of the present invention,
2 is a sectional view taken along line AA of FIG. In the figure, 41 is a pipe through which the measurement fluid flows, and 42 is a column-shaped vortex generator inserted at a right angle to the pipe 41. 43 and 44 are vortex generators 4
It is an internal void provided in each of the inside 1. Reference numeral 45 denotes two pressure introduction ports provided in the vortex generator 41 and communicating the internal space 43 with the measurement fluid in the pipe 41. 46 is
The printed circuit board is provided on the vortex generator 41 and divides the internal cavities 43, 44 into cavities 431, 432, 441, 442. Reference numeral 47 is a pressure hole provided on the printed circuit board. Reference numeral 48 is a diaphragm that is provided around the pressure hole 47 of the printed circuit board and divides the internal space 43 into measurement chambers 481 and 482. Reference numeral 49 is a shear type semiconductor strain gauge provided on the diaphragm 48. Reference numeral 51 is an amplifier provided on the printed circuit board 46. 52 is a lead extracted from the amplifier 51. The printed circuit board 46 shown in FIG.
The circuit above is shown. The output of the shear type semiconductor strain gauge 49 which is operated by an external power source ± V _CC and is equivalently represented by a bridge circuit is amplified by the differential amplifier 51 and output from the lead 52 to the outside.

【０００７】以上の構成において、測定流体が管路４１
の中を流れると、渦発生体４２によりカルマン渦列が発
生する。このカルマン渦列による圧力変動はダイアフラ
ム４８に伝達され、ダイアフラム４８に設けられた剪断
型半導体歪ゲージ４９により、渦発生周波数が検出さ
れ、測定流体の流速流量が測定できる。しかして、剪断
型半導体歪ゲージ４９を使用したので、検出感度が大き
いため、ダイアフラムの直径を小さくすることができ
る。従って、ダイアフラムの質量を小さくでき、外乱振
動ノイズに対して感度が低いものが得られる。この結
果，外乱振動を打ち消す構成が不要となり、構造が簡単
になり、小型化、低コスト化が容易になる。ここで、
「剪断型半導体歪ゲージ」は米国特許３２１３６８１号
「剪断形ゲージ圧力測定素子」或いは、特許出願公表昭
５７−５００４９１号「シリコン圧力センサ」等に示さ
れている。In the above structure, the fluid to be measured is the conduit 41.
When it flows through the inside, a Karman vortex street is generated by the vortex generator 42. The pressure fluctuation due to the Karman vortex street is transmitted to the diaphragm 48, and the vortex generation frequency is detected by the shear type semiconductor strain gauge 49 provided on the diaphragm 48, and the flow velocity and flow rate of the measurement fluid can be measured. Since the shear type semiconductor strain gauge 49 is used, the detection sensitivity is high and the diameter of the diaphragm can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the mass of the diaphragm, and to obtain a diaphragm with low sensitivity to disturbance vibration noise. As a result, a structure for canceling the disturbance vibration is unnecessary, the structure is simplified, and the size and cost can be easily reduced. here,
The "shear type semiconductor strain gauge" is shown in U.S. Pat. No. 3,213,681 "Shear type gauge pressure measuring element" or Japanese Patent Application Publication No. 57-500491 "Silicon pressure sensor".

【０００８】本発明の効果を証明する実験結果を示す。
図４は、剪断型半導体歪ゲージの圧力感度と、外乱機械
振動に対する加速度感度を示したものである。低流速域
では、圧力感度が低下するものの、加速度感度に比べて
大きく、十分なＳ／Ｎ比が確保されている。したがっ
て、圧力センサに剪断型半導体歪ゲージ４９を採用した
ことにより、２個でなく単体の圧力センサでも、十分な
外乱機械振動に対する耐震特性が得られるので、構成が
簡潔にでき、小型化、低コスト化が図れる渦流量計が得
られる。図５は、風速１〜２５［ｍ／ｓ］の範囲のレイ
ノルズ数Ｒｅとストローハル数Ｓｔの関係の測定結果で
ある。ストローハル数Ｓｔの値が、レイノルズ数Ｒｅに
よって変化する割合が小さいので、精度の高い渦流量計
が得られる。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、渦発生体６１の下流
に、プリント基板６２に設けられたダイアフラム６３に
剪断型半導体歪ゲージ６４が設けられたものである。剪
断型半導体歪ゲージ６４等の保護が必要でない測定流体
に対して、構成が簡単な渦流量計が得られる。図７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、２体型の渦発生体７１を使用したもので、
より安定した渦信号が確保出来る渦流量計が得られる。Experimental results for demonstrating the effect of the present invention will be shown.
FIG. 4 shows pressure sensitivity of the shear type semiconductor strain gauge and acceleration sensitivity to disturbance mechanical vibration. In the low flow velocity region, although the pressure sensitivity is reduced, it is larger than the acceleration sensitivity and a sufficient S / N ratio is secured. Therefore, by adopting the shear type semiconductor strain gauge 49 for the pressure sensor, sufficient seismic resistance against disturbance mechanical vibration can be obtained with not only two pressure sensors but also a single pressure sensor, so that the configuration can be simplified, downsized, and reduced in size. A vortex flowmeter that can be cost-effective is obtained. FIG. 5 is a measurement result of the relationship between the Reynolds number Re and the Strouhal number St in the range of wind speeds 1 to 25 [m / s]. Since the rate of the Strouhal number St changing with the Reynolds number Re is small, a highly accurate vortex flowmeter can be obtained. FIG. 6 is an explanatory diagram of a main part configuration of another embodiment of the present invention. In this embodiment, a shear type semiconductor strain gauge 64 is provided on a diaphragm 63 provided on a printed circuit board 62 downstream of the vortex generator 61. A vortex flowmeter having a simple structure can be obtained for a measurement fluid such as the shear type semiconductor strain gauge 64 which does not require protection. Figure 7
It is a principal part composition explanatory view of other examples of the present invention. In this embodiment, a two-body type vortex generator 71 is used,
A vortex flowmeter that can secure a more stable vortex signal can be obtained.

【０００９】[0009]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、渦発生
体により周期的に発生するカルマン渦列の渦周波数を検
出して流速流量を測定する渦流量計において、測定流路
に垂直に設けられた柱状の渦発生体と、該渦発生体或い
は該渦発生体の下流に前記カルマン渦列の渦周波数が検
出されるように平面が前記測定流路の流れ方向に平行に
設けられたダイアフラムと、該ダイアフラムに設けられ
た剪断型半導体歪ゲージとを具備したことを特徴とする
渦流量計を構成した。As described above, according to the present invention, in the vortex flowmeter for measuring the flow velocity flow rate by detecting the vortex frequency of the Karman vortex train which is periodically generated by the vortex generator, the vortex flow meter is arranged perpendicular to the measurement flow path. A columnar vortex generator provided, and a plane provided parallel to the flow direction of the measurement flow passage so that the vortex frequency of the Karman vortex train is detected downstream of the vortex generator or the vortex generator. A vortex flowmeter comprising a diaphragm and a shear type semiconductor strain gauge provided on the diaphragm was constructed.

【００１０】この結果、剪断型半導体歪ゲージを使用し
たので、検出感度が大きいため、ダイアフラムの直径を
小さくすることができる。従って、ダイアフラムの質量
を小さくでき、外乱振動ノイズに対して感度が低いもの
が得られる。即ち、外乱振動を打ち消す構成が不要とな
り、構造が簡単になり、小型化、低コスト化が容易にな
る。As a result, since the shear type semiconductor strain gauge is used, the detection sensitivity is high, so that the diameter of the diaphragm can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the mass of the diaphragm, and to obtain a diaphragm with low sensitivity to disturbance vibration noise. That is, the structure for canceling the disturbance vibration is not required, the structure is simplified, and the downsizing and the cost reduction are facilitated.

【００１１】従って、本発明によれば、耐震特性が良好
で、小型、低コストで、低流速まで精度良く正確な流速
流量測定が可能な渦流量計を実現することが出来る。Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a vortex flowmeter which has excellent seismic resistance, is small in size and low in cost, and can accurately measure flow velocity and flow rate even at low flow velocity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a main part configuration of an embodiment of the present invention.

【図２】図１のＡ−Ａ断面説明図である。2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図３】図１の回路図の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the circuit diagram of FIG. 1.

【図４】図１の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of FIG. 1.

【図５】図１の動作説明図である。5 is an operation explanatory diagram of FIG. 1. FIG.

【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a main part configuration of another embodiment of the present invention.

【図７】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a main part configuration of another embodiment of the present invention.

【図８】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional example that is generally used in the past.

【図９】図８の管路１１の長手方向より見た断面説明図
である。9 is a cross-sectional explanatory view seen from the longitudinal direction of the conduit 11 in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

４１…管路 ４２…渦発生体 ４３…内部空所 ４３１…空所 ４３２…空所 ４４…内部空所 ４４１…空所 ４４２…空所 ４５…圧力導入口 ４６…プリント基板 ４７…圧力孔 ４８…ダイアフラム ４８１…測定室 ４８２…測定室 ４９…剪断型半導体歪ゲージ ５１…増幅器 ５２…リード ６１…渦発生体 ６２…プリント基板 ６３…ダイアフラム ６４…剪断型半導体歪ゲージ ７１…２体型の渦発生体 41 ... Pipeline 42 ... Vortex Generator 43 ... Internal Vacancy 431 ... Vacancy 432 ... Vacancy 44 ... Internal Vacancy 441 ... Vacancy 442 ... Vacancy 45 ... Pressure Inlet 46 ... Printed Circuit Board 47 ... Pressure Hole 48 ... Diaphragm 481 ... Measuring chamber 482 ... Measuring chamber 49 ... Shear type semiconductor strain gauge 51 ... Amplifier 52 ... Lead 61 ... Vortex generator 62 ... Printed circuit board 63 ... Diaphragm 64 ... Shear type semiconductor strain gauge 71 ... Two-body type vortex generator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】渦発生体により周期的に発生するカルマン
渦列の渦周波数を検出して流速流量を測定する渦流量計
において、 測定流路に垂直に設けられた柱状の渦発生体と、 該渦発生体或いは該渦発生体の下流に前記カルマン渦列
の渦周波数が検出されるように平面が前記測定流路の流
れ方向に平行に設けられたダイアフラムと、 該ダイアフラムに設けられた剪断型半導体歪ゲージとを
具備したことを特徴とする渦流量計。1. A vortex flowmeter for detecting a vortex frequency of a Karman vortex street generated periodically by a vortex generator to measure a flow velocity and flow rate, and a columnar vortex generator provided perpendicular to a measurement flow path, A diaphragm provided with a plane parallel to the flow direction of the measurement flow path so that the vortex frequency of the Karman vortex street is detected downstream of the vortex generator or the vortex generator, and a shear provided on the diaphragm. Vortex flowmeter, comprising: a semiconductor strain gauge.