JPS6159214A - Karman's vortex flowmeter - Google Patents

Karman's vortex flowmeter

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Publication number
JPS6159214A
JPS6159214A JP59182277A JP18227784A JPS6159214A JP S6159214 A JPS6159214 A JP S6159214A JP 59182277 A JP59182277 A JP 59182277A JP 18227784 A JP18227784 A JP 18227784A JP S6159214 A JPS6159214 A JP S6159214A
Authority
JP
Japan
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vortex
karman
signal
fluid flow
signals
Prior art date
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Pending
Application number
JP59182277A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yozo Mashima
要三 間嶋
Toru Mizuno
透 水野
Kazuma Matsui
松井 数馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6159214A publication Critical patent/JPS6159214A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/325Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
    • G01F1/3287Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl circuits therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable accurate measurement of fluid flow rate, by dividing an electric signal issued from a Karman's vortex detector into 2 signals of different phases and obtaining a pulse signal synchronized to generation of the Karman's vortex by comparing these 2 signals. CONSTITUTION:A Karman's vortex flowmeter is constituted by vortex detector composed of a hot a hot wire 11 detecting the Karman's vortex formed corresponding to a fluid flow rate, circuit 30 amplifying an electric signal 20a issued from this, phase converting circuits 40, 50 issuing a signal 30a emitted from this circuit 30 as 2 signals 40a and 50a of different phases and comparing circuit 60, etc. issuing a pulse signal 60a synchronized to generation of the Karman's vortex 3 by comparing these signals 40a, 50a. Further, a phase difference of the output signals 40a, 50b of the phase converting circuits 40, 50 is generated in synchronization with generation of the Karman's vortex 3 and consequently, comparison of them enables stabilization of the pulse signal 60a issued even if the fluid flow rate is in an unstable condition. Thus, measurements of constant accuracy of fluid flow rate becomes available.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車用エンジンの吸入空気流量を測
定するカルマン渦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 Karman vortex flowmeter for measuring the intake air flow rate of, for example, an automobile engine.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、自動車用エンジンにおいては吸入空気流量に対応
して燃料量を電磁式燃料噴射弁の開弁時間を制御し増減
する電子制御式のエンジンが採用されており、この場合
、吸入空気流量の正確な測定が求められ、種々の吸入空
気流量測定装置が開発されている。そして、その吸入空
気流量測定装置の一つとしてカルマン渦流量計がある。
In recent years, automobile engines have adopted electronically controlled engines that increase or decrease the amount of fuel in response to the intake air flow rate by controlling the opening time of the electromagnetic fuel injection valve. Various types of intake air flow measuring devices have been developed to meet the demand for accurate measurement. A Karman vortex flow meter is one of the intake air flow rate measuring devices.

ここで従来のカルマン渦流量計について図面を用いて述
べる。
Here, a conventional Karman vortex flowmeter will be described using drawings.

第2図はカルマン渦の発生状況を示す図であり、流体が
流通する流路管1の略中夫に流体流に対向して渦発生体
2が設けられており、この渦発生体2の下流側には流体
流量に比例した周波数のカルマン渦3が発生する。そし
て、このカルマン渦3の発生周波数を計測することによ
り、流体流量が測定される。
FIG. 2 is a diagram showing the situation in which Karman vortices are generated. A vortex generator 2 is provided substantially in the middle of a flow path pipe 1 through which fluid flows, facing the fluid flow. A Karman vortex 3 with a frequency proportional to the fluid flow rate is generated on the downstream side. Then, by measuring the generation frequency of this Karman vortex 3, the fluid flow rate is measured.

カルマン渦3の発生周波数を計測する方式は種々あるが
、その一つとして渦発生体2の下流域に熱線11を設け
る方式がある。これは、電流で定温度に加熱された熱線
11が渦発生体2の下流側で発生するカルマン渦3によ
り冷却されて、その電流値がカルマン渦3の発生周波数
に同期して変化しており、この電流値変化の周波数を計
測することで、流体流量が測定できる。詳しくは、熱線
11の電流値変化を電圧信号に変換し、この電圧信号を
比較回路にである比較電圧と比較することで、カルマン
渦3の発注に同期したパルス信号を得る。そしてこのパ
ルス信号の周波数を計数して、流体流量が測定される。
There are various methods for measuring the generation frequency of the Karman vortex 3, and one of them is a method in which a hot wire 11 is provided in the downstream region of the vortex generator 2. This is because the hot wire 11 heated to a constant temperature by the current is cooled by the Karman vortex 3 generated downstream of the vortex generator 2, and the current value changes in synchronization with the generation frequency of the Karman vortex 3. By measuring the frequency of this current value change, the fluid flow rate can be measured. Specifically, by converting the change in the current value of the hot wire 11 into a voltage signal and comparing this voltage signal with a comparison voltage in a comparison circuit, a pulse signal synchronized with the ordering of the Karman vortex 3 is obtained. The fluid flow rate is then measured by counting the frequency of this pulse signal.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した従来のカルマン渦流歪計のカルマン渦3の発生
周波数を計測する方式では、上記比較電圧として固定し
た比較電圧を用いており、計測する流体流が比較的安定
した状態にある時は、カルマン渦3も安定しており、熱
線11から得られる電圧信号も安定しているが、流体流
が不安定な状態である時は、カルマン渦3の生成も不安
定となり、熱線11から得られる電圧信号は第3図に示
すごとく低周波のゆらぎ成分を含んだ電圧信号Aとなり
、このような電圧信号Aを比較回路にて固定比較電圧V
Rと比較して出力されるパルス信号Bは、電圧fg号A
に含まれたカルマン渦3の発生を示す信号成分の一部が
間引きされた信号となっ −て示され、誤った流量信号
となるという問題点がある。
In the method of measuring the generation frequency of the Karman vortex 3 in the conventional Karman eddy current strain meter described above, a fixed comparison voltage is used as the comparison voltage, and when the fluid flow to be measured is in a relatively stable state, the Karman vortex 3 The vortex 3 is also stable, and the voltage signal obtained from the hot wire 11 is also stable. However, when the fluid flow is unstable, the generation of the Karman vortex 3 becomes unstable, and the voltage signal obtained from the hot wire 11 becomes unstable. As shown in Fig. 3, the signal becomes a voltage signal A containing low frequency fluctuation components, and this voltage signal A is converted into a fixed comparison voltage V by a comparator circuit.
The pulse signal B output in comparison with R is the voltage fg A
There is a problem in that a part of the signal component indicating the occurrence of the Karman vortex 3 included in the flow rate is shown as a thinned out signal, resulting in an incorrect flow rate signal.

このような問題点に対して特開昭55−113911号
公報に一解決手法が示されている。
One solution to these problems is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 113911/1983.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的とするところは、測定する流体流が不安定
な状態であっても、カルマン渦の発生周波数に同期した
安定したパルス信号が得られ、正確な流量測定のできる
カルマン渦流量計を提供することにある。
The object of the present invention is to provide a Karman vortex flowmeter that can obtain stable pulse signals synchronized with the frequency of Karman vortex generation and that can accurately measure flow rate even when the fluid flow to be measured is unstable. It is about providing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の問題点を解決するために、本発明においては、流
体流路中に流体流に対向して設けられる渦発生体の近傍
に流体流量に応じて発生するカルマン渦を検出して電気
信号を出力する渦検出器と、この渦検出器より出力され
る電気信号を位相の異なる2個の信号とする位相変換回
路と、この位相変換回路より出力される2個の信号を入
力し、この2個の信号を比較してカルマン渦発生に同期
したパルス信号を出力する比較回路とを備えたカル 。
In order to solve the above problems, the present invention detects a Karman vortex generated in accordance with the fluid flow rate near a vortex generator provided in a fluid flow path facing the fluid flow, and generates an electric signal. An output vortex detector, a phase conversion circuit that converts the electrical signal output from this vortex detector into two signals with different phases, and two signals output from this phase conversion circuit are input, and these two signals are input. and a comparison circuit that compares the signals and outputs a pulse signal synchronized with the generation of the Karman vortex.

マン渦流量計としている。It is a Mann vortex flowmeter.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図に示すごとく、流路管1中には渦発生体2が流路
管1の略中央に図中矢印で示す流体流に対向して設けら
れており、この渦発生体2の下流側には流体流量に比例
した周波数でカルマン渦3が規則的に発生する。また渦
発生体2の下流側にはカルマン渦3の発生を検出する渦
検出器をなす白金等の径が5〜30μm程度の細線の熱
線11が設けられており、カルマン渦3による流速の変
化が熱線11を冷却し熱線11の電流値を増す。
As shown in FIG. 2, a vortex generator 2 is provided in the flow pipe 1 at approximately the center of the flow pipe 1, facing the fluid flow indicated by the arrow in the figure, and downstream of the vortex generator 2. On the side, Karman vortices 3 are regularly generated at a frequency proportional to the fluid flow rate. Further, on the downstream side of the vortex generator 2, a thin hot wire 11 made of platinum or the like and having a diameter of about 5 to 30 μm is provided, which serves as a vortex detector for detecting the generation of the Karman vortex 3. cools the hot wire 11 and increases the current value of the hot wire 11.

この熱線11は第1図図示の信号処理回路中のプリフジ
回路10を他の固定抵抗とともに構成し、制御回路20
の差動増幅!521に熱線11の電流値変化によるブリ
ッジ回路10の不平衡電圧が人力される。また差動増幅
器21の出力信号はトランジスタ22に入力されて、ト
ランジスタ22は熱線11の温度を一定温になるよう電
流供給を行う。そしてこのトランジスタ22より出力さ
れる信号は熱線11の冷熱に応じたものであり、カルマ
ン渦3の発生周波数と同期した渦信号20aである。
This hot wire 11 constitutes the pre-fuji circuit 10 in the signal processing circuit shown in FIG.
Differential amplification! The unbalanced voltage of the bridge circuit 10 due to the change in the current value of the hot wire 11 is manually applied to 521 . Further, the output signal of the differential amplifier 21 is input to the transistor 22, and the transistor 22 supplies current to keep the temperature of the hot wire 11 constant. The signal outputted from the transistor 22 is a vortex signal 20a that corresponds to the cold heat of the hot wire 11 and is synchronized with the frequency at which the Karman vortex 3 occurs.

この制御回路20の渦信号20aは増幅回路30の交流
増幅器31に入力されており、交流増幅器31は所定の
振幅を有する信号30aを出力する。この信号30aは
位相変換回路40及び50に入力されて互いに異なる位
相を有する信号40a及び50aとし゛て出力される。
The vortex signal 20a of the control circuit 20 is input to the AC amplifier 31 of the amplifier circuit 30, and the AC amplifier 31 outputs a signal 30a having a predetermined amplitude. This signal 30a is input to phase conversion circuits 40 and 50 and output as signals 40a and 50a having mutually different phases.

この位相変換回路40及び50は各々抵抗R4、コンデ
ンサC4及び抵抗R5、コンデンサC5により構成され
る積分回路を用いており、その位相特性は第4図のC及
びDに示される特性を有している。なお両値相変換回路
40.50の位相差θは5°〜lO。
The phase conversion circuits 40 and 50 each use an integrating circuit composed of a resistor R4, a capacitor C4, a resistor R5, and a capacitor C5, and their phase characteristics have the characteristics shown in C and D in FIG. There is. Note that the phase difference θ of the two-value phase conversion circuit 40.50 is 5° to lO.

にすることが望ましい。It is desirable to

位相変換回路40及び50にて出力された信号40a及
び50aは比較回路60のコンパレータ61に入力され
両信号を比較し、パルス信号60aに変換し出力する。
The signals 40a and 50a output from the phase conversion circuits 40 and 50 are input to a comparator 61 of a comparison circuit 60, which compares both signals, converts them into a pulse signal 60a, and outputs the pulse signal 60a.

上記の構成において、流路管1中の流体流の状態が不安
定なものであると、前述したようにカルマン渦3のでき
方も不安定で、カルマン渦3の発生に伴なう流体の変位
も不規則となって、熱線11にて検出され、制御回路2
0の渦信号20aは低周波のゆらぎ成分を含んだ信号と
なって、増幅回路30の交流増幅器31からの出力信号
30aは第5図のAに示すような波形となる。
In the above configuration, if the state of the fluid flow in the flow path pipe 1 is unstable, the formation of the Karman vortex 3 will also be unstable as described above, and the fluid flow accompanying the generation of the Karman vortex 3 will be unstable. The displacement also becomes irregular and is detected by the hot wire 11, and the control circuit 2
The zero vortex signal 20a becomes a signal containing low frequency fluctuation components, and the output signal 30a from the AC amplifier 31 of the amplifier circuit 30 has a waveform as shown in A in FIG.

第5図のAに示される信号30aが位相変換回路40及
び50に入力され信号40a及び50aとなり、信号4
0aと信号50aとの間には所定の位相差θが与えられ
ており、第5図に示すごとく、同一の波形が位相差θ分
だけずれている。そしてこの信号40a及び50aが比
較回路60のコンパレータ61に入力されると、第5図
に示されるように、信号5(laが信号40aを上回っ
ている時を矩形波に変換しパルス信号60aを出力する
The signal 30a shown in A in FIG. 5 is input to the phase conversion circuits 40 and 50 and becomes signals 40a and 50a,
A predetermined phase difference θ is given between signal 0a and signal 50a, and as shown in FIG. 5, the same waveform is shifted by the phase difference θ. When the signals 40a and 50a are input to the comparator 61 of the comparison circuit 60, as shown in FIG. Output.

従って、この場合信号40aが信号50aに対する比較
電圧の働きをしていることになり、信号50aと信号5
0aの比較電圧の働きをする信号40aとがともに信号
30a、つまりカルマン渦3の発生周波数に応じた信号
から作られているので、信号40aは信号50aを必ず
追従し、流体流の不安定状態による渦信号20aの低周
波のゆらぎ成分が無視できるようになり、カルマン渦3
の発生周波数に対応したパルス信号60aが出力される
ようになる。
Therefore, in this case, the signal 40a acts as a comparison voltage for the signal 50a, and the signal 50a and the signal 5
Since the signal 40a, which acts as a comparison voltage of 0a, is created from the signal 30a, that is, a signal corresponding to the frequency of occurrence of the Karman vortex 3, the signal 40a always follows the signal 50a, and the fluid flow is in an unstable state. The low-frequency fluctuation component of the vortex signal 20a due to this can be ignored, and the Karman vortex 3
A pulse signal 60a corresponding to the generation frequency of is outputted.

なお、上述の実施例においては渦検出器として熱線11
を用いていたが、カルマン渦3の発生を電気信号に変換
する検出器、例えば渦発生体2の下流側の圧力変動を電
気信号に変換する検出器等を用いてもかまわない。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the hot wire 11 is used as the vortex detector.
However, a detector that converts the generation of the Karman vortex 3 into an electrical signal, such as a detector that converts pressure fluctuations on the downstream side of the vortex generator 2 into an electrical signal, may also be used.

また、本実施例では積分回路を位相変換回路49a、5
0aに採用していたが微分回路を採用してもかまわない
、また積分・微分回路一段の位相変化90°に対し周波
数の変化はほぼ100倍であるから、広い範囲の周波数
域をカバーするためには必要に応じて回路を複数個設け
ればよい。
Further, in this embodiment, the integrating circuit is replaced with phase converting circuits 49a and 5.
0a, but it is okay to use a differentiating circuit, and since the frequency change is almost 100 times compared to the 90° phase change of one stage of the integrating/differential circuit, in order to cover a wide frequency range. A plurality of circuits may be provided as necessary.

また、本実施例では熱線11の配置する位置を渦発生体
2の下流側としていたが、カルマン渦3の発生状態が検
出される位置ならばどこであってもかまわない。
Further, in this embodiment, the hot wire 11 is placed downstream of the vortex generator 2, but it may be placed anywhere as long as the state of generation of the Karman vortex 3 is detected.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べてきたように本発明においては、流体流路中に
流体流に対向して設けられる渦発生体の近傍に流体流量
に応じて発生ずるカルマン渦を検出して電気信号を出力
する渦検出器と、この渦検出器より出力される電気信号
を位相の異なる2個の信号とする位相変換回路と、この
位相変換回路より出力される2個の信号を入力し、この
2個の信号を比較してカルマン渦発生に同期したパルス
信号を出力する比較回路とを備えたカルマン渦流量計と
したことから、渦検出器からの電気信号が位相変換回路
に入力されると、位相変換回路にて出力される2個の信
号の間の位相差によるずれがカルマン渦発生に同期して
生じるので、このずれを比較回路が検出してカルマン渦
発生に応じたパルス信号を確実に出力するようになり、
また渦検出器より出力される電気信号に乱れがあっても
、位相変換回路より出力される2個の信号の位相差によ
るずれを比較回路にて検出するので、渦検出器より出力
される電気信号の乱れは無視され、従って流体流が不安
定な状態であっても比較回路からはカルマン渦発生に同
期した安定したパルス信号が得られるようになることよ
り、正確な流体流量測定が確実に得られるようになると
いう優れた効果がある。
As described above, in the present invention, the vortex detection detects the Karman vortex generated in accordance with the fluid flow rate near the vortex generator provided in the fluid flow path facing the fluid flow, and outputs an electric signal. A phase conversion circuit converts the electric signal output from the vortex detector into two signals with different phases, and the two signals output from this phase conversion circuit are inputted, and these two signals are converted into two signals. Since the Karman vortex flowmeter is equipped with a comparison circuit that compares and outputs a pulse signal synchronized with the generation of Karman vortices, when the electrical signal from the vortex detector is input to the phase conversion circuit, the phase conversion circuit Since a shift due to the phase difference between the two signals output by the two signals occurs in synchronization with the generation of the Karman vortex, the comparator circuit detects this shift and reliably outputs a pulse signal in accordance with the generation of the Karman vortex. Become,
In addition, even if there is a disturbance in the electrical signal output from the vortex detector, the comparator circuit detects the shift due to the phase difference between the two signals output from the phase conversion circuit. Signal disturbances are ignored, so even if the fluid flow is unstable, the comparator circuit can provide a stable pulse signal synchronized with Karman vortex generation, ensuring accurate fluid flow measurement. It has the excellent effect of making it possible to obtain

【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要部を示す回路図、第2
図は、流体流路内のカルマン渦発生状況を示す図、第3
図は、従来の検出方式を示す説明図、第4図は、第1図
中の位相変換回路の位相特性を示す特性図、第5図は、
第1図番部の出力波形を示す波形図である。 l・・・流路管、2・・・渦発生体、3・・・カルマン
渦、11・・・熱線、20a・・・渦信号、40.50
・・・位相変換回路、40a、50a・・・位相変換さ
れた信号、60・・・比較回路、60a・・・パルス信
号。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the main parts of an embodiment of the present invention, and FIG.
Figure 3 shows the state of Karman vortex generation in the fluid flow path.
The figure is an explanatory diagram showing a conventional detection method, FIG. 4 is a characteristic diagram showing the phase characteristics of the phase conversion circuit in FIG. 1, and FIG.
FIG. 2 is a waveform diagram showing the output waveform of the numbered part in FIG. 1; l... Channel pipe, 2... Vortex generator, 3... Karman vortex, 11... Heat wire, 20a... Vortex signal, 40.50
... Phase conversion circuit, 40a, 50a... Phase-converted signal, 60... Comparison circuit, 60a... Pulse signal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  流体流路中に流体流に対向して設けられる渦発生体の
近傍に流体流量に応じて発生するカルマン渦を検出して
電気信号を出力する渦検出器と、前記渦検出器より出力
される電気信号を位相の異なる2個の信号とする位相変
換回路と、 前記位相変換回路より出力される2個の信号を入力し、
この2個の信号を比較してカルマン渦発生に同期したパ
ルス信号を出力する比較回路とを具備したことを特徴と
するカルマン渦流量計。
[Scope of Claims] A vortex detector that detects a Karman vortex generated in response to a fluid flow rate near a vortex generator provided in a fluid flow path facing the fluid flow and outputs an electric signal; a phase conversion circuit that converts the electrical signal output from the detector into two signals with different phases; and inputs the two signals output from the phase conversion circuit;
A Karman vortex flowmeter characterized by comprising a comparison circuit that compares these two signals and outputs a pulse signal synchronized with the generation of Karman vortex.
JP59182277A 1984-08-30 1984-08-30 Karman's vortex flowmeter Pending JPS6159214A (en)

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