TW201514451A

TW201514451A - 渦旋流量計

Info

Publication number: TW201514451A
Application number: TW103129818A
Authority: TW
Inventors: Yoshihiro Fukano; Tadashi Uchino
Original assignee: Smc Corp
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-04-16
Also published as: CN104422488A; CN104422488B; US20150068323A1; KR20150030166A; DE102014112795A1; KR101599052B1; TWI524053B; US9360354B2

Abstract

安裝孔(28)中容納有偵測器(18)，且該安裝孔(28)係形成在渦旋流量計(10)之本體(16)基本***之部分。第一環件(42)於環形壁(40)上形成，且該環形壁(40)在安裝孔(28)的第一孔部(36)與第二孔部(38)之間形成分界。在該偵測器(18)中，由壓電元件製成的偵測元件(44)係容納於支持器(46)中。一對第二環件(62a、62b)係形成於該支持器(46)的外部圓周表面上。藉由將該偵測元件(44)***該安裝孔(28)內，該第二環件(62a、62b)係處於與該安裝孔(28)之內部圓周表面滑動接觸的狀態，而使得該第一環件(42)與該支持器(46)之分界區(63)毗鄰。因此，藉由該第一環件(42)及第二環件(62a、62b)，可在該偵測器(18)與該本體(16)之間形成密封。

Description

渦旋流量計

本發明關於一種渦旋流量計，尤指一種藉由偵測由渦旋產生體中之流動流體所產生的渦旋而能偵測流體之流量的渦旋流量計。

過去，已知之渦旋流量計的渦旋產生體係設置在本體之可令流體流動通過的流動通道中，而由壓電元件或其類似者所構成之偵測器係設置在渦旋產生體的下游側上。對於這樣的渦旋流量計，在流動通道中流過渦旋產生體之流體流動的結果係產生卡門渦(karman vortex)，且因卡門渦之產生所造成之流體的壓力變化可被偵測，並藉由偵測器而轉換成電訊號，從而量測流量。

舉例而言，如日本專利公開申請案公告(Japanese Patent Laid-open Publication)No.11-014412所揭露的渦旋流量計，流動通道形成在測量導管之內部中而構成渦旋流量計的本體，且其中包含有壓電元件的偵測器是由形成在測量導管之中的中央內腔(bore)所罩覆。偵測器之遠側端係經安裝以凸出進入流動通道內，且O形環(O-ring)係設置於中央內腔與偵測器之間以防止流體從流動通道進入。

然而，在前述之渦旋流量計中使用化學溶液或超純水作為流體的情況下，洗滌由彈性材料所製成之O形環所帶來的污染物將進入流體中並污染流體。另外，若流體為強鹼或強酸之化學溶液，則會減少O形環的可靠性並使密封效果退化。

因此，為了解決上述討論的問題，日本專利公開申請案公告No.2002-195860所揭露的渦旋流量計並未使用O形環，取而代之地，偵測器係藉由超音波銲接(ultrasonic welding)而與流體流動所通過的導管(conduit)整體連接，從而保持偵測器與導管之間的有效密封，並可避免流體的污染或密封性能的衰退。

然而，如上所述之日本專利公開申請案公告No.2002-195860的渦旋流量計中，偵測器係藉由超音波銲接而與導管整體連接，而銲接品質係傾向於依據銲接操作者的技巧而產生變動，故無法得到穩定的產品品質。因此，將會產生對於密封性能變動的疑慮，並且生產成本也會提高。進一步而言，在偵測器故障的情況中，由於偵測器係銲接到管道，則偵測器無法自行移除並更換，且既然必須交換或更換整個渦旋流量計，則亦會增加維護成本。

本發明已考慮上文所述的問題，且目摽為藉由提供具有簡單及不昂貴之結構的渦旋流量計而可靠並穩定地得到有效的密封效果。

為了達成上述的目標物，本發明之特徵在於：包括本體的渦旋流量計該本體包含：在本體中之流動通道使流體通過該流動通道流動；設置在該流動通道中並配置以在該流體中產生渦旋的渦旋產生體；以及設置在該本體內部之該渦旋產生體之下游側上的偵測器；其中，該本體具有容納該偵測器於其中的容納孔、至少形成在該偵測器之外部表面及該安裝孔之內部表面其中之一的環形凸出部，從而在該內部表面與外部表面之間形成密封。

依照本發明，在渦旋流量計中係配備有設置在該本體內部之該渦旋產生體之下游側上的偵測器，該本體具有容納該偵測器於其中的容納孔。另外，環形凸出部至少形成在該偵測器之外部表面及該容納孔之內部表面的其中之一，從而在該內部表面與外部表面之間形成密封。

因此，藉由將偵測器蓋覆於該容納孔之內部，該至少形成在該偵測器之外部表面及該容納孔之內部表面的其中之一的環形凸出部係抵頂毗鄰於其他對面表面，從而於偵測器及容納孔之間達成密封。結果，可以可靠地防止通過本體之流動通道的流體從該本體與該偵測器之間流過而侵入進該渦旋流量計的內部。另外，即使是在使用強酸或強鹼之化學溶液作為流體的情況中，相對於依據先前技術之渦旋流量計中以O形環進行密封的情況而言，既然可壓抑耐久性方面的減少且可防止密封性的降低，可在更長的期間中保持穩定的密封能力。又，既然依據先前技術之渦旋流量計所使用的O形環不再是必須的，可減少構成渦旋流量計的零件數目。因此，可減少製造成本，且可實現低成本的渦旋流量計。

本發明之以上及其他的目標、特徵及功效將於與圖式結合而領會時由下文中之描述而變得更加清楚明白，圖式中的本發明之較佳實施例係藉由說明性範例的方式而表示。

10‧‧‧渦旋流量計

12‧‧‧第一端口

14‧‧‧第二端口

16‧‧‧本體

18‧‧‧偵測器

20‧‧‧殼體

22‧‧‧緊固部

24‧‧‧螺紋

26‧‧‧連通通道(流動通道)

28‧‧‧安裝孔(容納孔)

30‧‧‧渦旋產生體

32‧‧‧容納區段

34‧‧‧電路板

36‧‧‧第一孔部

38‧‧‧第二孔部

40‧‧‧環形壁

42‧‧‧第一環件(凸出部)

44‧‧‧偵測元件

46‧‧‧支持器

48‧‧‧導線

50‧‧‧主本體部

52‧‧‧凸緣

54‧‧‧小直徑部

56‧‧‧大直徑部

58‧‧‧容納孔

60‧‧‧固定區段

62a‧‧‧第二環件(凸出部)

62b‧‧‧第二環件(凸出部)

63‧‧‧分界區(階梯部)

64‧‧‧加固螺栓

66‧‧‧螺栓孔

68‧‧‧切槽

70‧‧‧定位片

72‧‧‧導線

74‧‧‧導出孔

76‧‧‧壓緊構件

78‧‧‧螺母

A1‧‧‧箭頭

A2‧‧‧箭頭

B1‧‧‧箭頭

B2‧‧‧箭頭

第1圖係依本發明之實施例的渦旋流量計之整體剖視圖；第2圖係顯示偵測器由第1圖之渦旋流量計取出的情況中之***剖視圖；第3圖係第1圖之渦旋流量計中的支持器之外部圓周表面的鄰區中之區域的放大剖視圖；以及第4圖係第1圖之渦旋流量計中由偵測器之凸緣側所觀看的偵測器之平面圖。

如第一圖所顯示，依據本發明之實施例的渦旋流量計10包括本體16，本體16具有予以供應加壓液體及自其排出加壓液體的第一端口12及第二端口14；設置在本體16內部之偵測器18；以及殼體20，其環繞並密封本體16的上部。舉例而言，使用於半導體製造設備之化學溶劑、純水或其類似者可使用作為加壓液體。

本體16係形成為具有基本為T形之剖面，並例如為樹脂材料所形成。第一端口12於本體16之一端部具有開口，該開口在本質上水平之方向延伸，而第二端口14於本體16之另一端部具有開口。第一端口12及第二端口14個別地於水平方向(箭頭A1及箭頭A2的方向)具有開口，並且螺紋24係雕刻於第一端口12及第二端口14之外部周圍上，使得第一端口12及第二端口14個別與緊固部22螺絲嚙合。

在個別的管件(未顯示)***於第一端口12及第二端口14之外部周圍側上方之後，藉由將管件已***其中之圓柱形緊固部22相對於螺紋24的螺絲嚙合，該些管件係個別與第一端口12及第二端口14連接。

舉例而言，第一端口12係沿軸向方向(箭頭A1及箭頭A2的方向)上基本上相同之直徑以直線延伸。類似地，第二端口14係沿軸向方向(箭頭A1及箭頭A2的方向)上基本上相同之直徑以直線延伸。相對於第一端口12及第二端口14在直徑方面減少的連通通道(流動通道)26係形成在第一端口12及第二端口14之間。

舉例而言，連通通道26係形成在本體16基本***的部分，並沿基本上水平之方向而以基本上不變之直徑直線延伸，且相對於第一端口12及第二端口14而在直徑方面縮減。

進一步而言，基本上在連通通道26的中央部分中，在偵測器18設置其中之安裝孔(容納孔)28係具有開口。安裝孔28正交於連通通道26而在垂直向上方向(箭頭B1的方向)延伸。另外，渦旋產生體30係設置於從安裝孔28與連通通道26橫切處之中央而朝向第一端口12側(箭頭A1的方向)的位置處。

舉例而言，渦旋產生體30係形成為具有梯形之剖面。渦旋產生體30設置於連通通道26之剖面中央，且該渦旋產生體30之一端是在第一端口12側(箭頭A1的方向)於寬度變寬，而該渦旋產生體30之另一端是在第二端口14側(箭頭A2的方向)於寬度變窄。

進一步而言，容納區段32形成於本體16之上部中央部分，且該容納區段32在向上方向(箭頭B1的方向)具有剖面基本上為U形的開口。電路板34容納於容納區段32的內部，且該電路板34係與構成偵測器18的偵測元件44連接。

如第1及2圖顯示，安裝孔28基本上形成在容納區段32之中央，並向連通通道26(箭頭B2的方向)延伸。舉例而言，安裝孔28是由第一孔部36處及第二孔部38所組成，其中該安裝孔28的一端上係在連通通道26之側邊(箭頭B2的方向)形成有第一孔部36，且該安裝孔28的另一端上係在固定區段60側(箭頭B1的方向)形成第二孔部38。相對於彼此，第一孔部36是以小的直徑所形成，而第二孔部38是以大的直徑所形成。

另外，在第一孔部36與第二孔部38之間的分界區，環形壁面(內表面)40係正交於安裝孔28的軸而形成，且環形之第一環件(凸出部)42係形成在環形壁面40 上，第一環件42向上(箭頭B1的方向)凸出，即朝向第二孔部38凸出。第一環件42是形成為具有半圓形之剖面，且以預定高度從環形壁面40突出。

如第1及2圖顯示，偵測器18包括偵測元件44及內部容納偵測元件44的支持器46。舉例而言，偵測元件44是由壓電組件構成，壓電組件能將施加其上的壓力轉換為電訊號。偵測元件44係以具有連接至薄片之端部的導線48的薄片所形成。另外，偵測元件44通過導線48而與電路板34連接。

支持器46包括例如由樹脂材料形成為底部圓筒形狀的主本體部50及形成在主本體部50之其他端部上的凸緣52。

主本體部50係形成為具有圓形之剖面，且在主本體部50之一端部上具有小直徑部54，而在主本體部50之其他端部側上具有大直徑部56，其中大直徑部56係與小直徑部54接合。主本體部50中含有偵測元件44容納其中的容納孔58。容納孔58於主本體部50具有凸緣52之其他端部處具有開口58，且容納孔58包含偵測元件44之端部***並固定於其中的固定區段60。固定區段60係形成為具有與偵測元件44之剖面形狀相對應之矩形剖面形狀，且該固定區段60係以跨越小直徑部54及大直徑部56之方式沿著軸向方向(箭頭B1及箭頭B2的方向)而形成。

進一步而言，在大直徑部56之外部的圓周表面(外表面)上，形成有一對第二環件(凸出部)62a、62b，第二環件62a、62b係以半圓形之剖面而向外凸出。第二環件62a、62b是以環形形成在大直徑部56之外部的圓周表面上，且在大直徑部56之軸方向(箭頭B1及箭頭B2的方向)以預定距離而彼此分開。

如第3圖顯示，當包含支持器46之偵測器18***安裝孔28內時，密封件係形成在支持器46及安裝孔28之間，並導致在主本體部50上之第二環件62a、62b係置於與安裝孔28中之第二孔部38的內部圓周表面滑動接觸。另外，藉由小直徑部54與大直徑部56之間的分界區(階梯部)63毗鄰抵頂形成在環形壁面40上的第一環件42，密封係形成在支持器46與安裝孔28之間。

更特定而言，藉由第一環件42的毗鄰，密封形成在偵測器18軸向方向(箭頭B1及箭頭B2的方向)的一個端部，且藉由一對第二環件62a、62b的毗鄰，另一密封係沿偵測器18之圓周表面而形成。

更詳細而言，由於第一環件42及第二環件62a、62b分別由樹脂材料形成，當支持器46***進入安裝孔28時，第一環件42及第二環件62a、62b係受壓並形變，因此可達到對安裝孔28更緊密的接觸，從而增加密封效果。

如第1、2及4圖顯示，凸緣52是形成為具有正交於主本體部50之軸向方向的基本為矩形之形狀。加固螺栓64***通過之螺栓孔66分別形成在凸緣52之四個角落，且有一對切槽(cutouts)68分別形成在凸緣52之外部邊緣。切槽68係在主本體部50之中央周遭對稱形成，且從外部邊緣而向中央以基本上不變的寬度形成凹部。

另外，主本體部50係***本體16的安裝孔28內，並處於凸緣52毗鄰抵頂容納區段32之內壁表面的狀態，複數個加固螺栓64係分別穿過並螺紋嚙合本體16，以從而固定主本體部50。

進一步而言，一對定位片70係沿安裝孔28之中心周遭的直線於容納區段32的內壁表面上形成。定位片70係形成為具有類似片狀的形狀且具有均勻厚度，並從內壁表面以預定高度凸出(請參閱第2圖)。藉由將定位片70***至凸緣52之切槽68，偵測器18可相對於本體16之安裝孔28而以適當的定位狀態固定。更特定而言，在支持器46中之切槽68及在本體16上之定位片70作用為用於在本體16上之預定位置處組裝偵測器18的定位單元。

如第1圖顯示，外罩構件20係耦接至本體16之上部部分以利覆蓋本體16之開放的容納區段32。在外罩構件20的中央部分中，係形成導線72***通過之導出孔74，而導線72係連接電路板34。此外，藉由通過導出孔74***導線72，且接著使螺母78與壓緊構件76一起緊固，導線72係固定於外罩構件20。因此，容納於容納區段32之電路板34及其他組件係由外罩構件20覆蓋且不暴露於外界。

依據本發明實施例之渦旋流量計10係基本上如上所述地組構。接下來，請參照第2圖，其描述有關於偵測器18於本體16之安裝孔28中的組裝。在此情況下，假設偵測元件44為已容納於支持器46之容納孔58中的狀態。

首先，如第2圖顯示，在偵測器18之支持器46已調整成向上方位(箭頭B1的方向)且與本體16之容納區段32中的安裝孔28共軸之後，將主本體部50***安裝孔28。

另外，如第3圖顯示，藉由使偵測器18沿安裝孔28向下(箭頭B2的方向)移動，形成在支持器46之外部圓周表面的第二環件62a、62b係置於與第二孔部38之內部圓周表面滑動接觸，並在支持器46與安裝孔28的內部圓周表面之間形成密封。在偵測器18進一步向下移動(箭頭B2的方向)的情況下，如第1圖所顯示，偵測器18之一端部突入連通通道26，且在小直徑部54與大直徑部56之間的分界區63毗鄰抵頂安裝孔28之環形壁面40，於是可調節偵測器18進一步的向下移動，且凸緣52之切槽68係與定位片70在容納區段32中嚙合。同時，第一環件42係毗鄰抵頂於分界區63，且密封係藉由分界區63與環形壁面40之間的第一環件42而建立。

最後，在容納區段32中，加固螺栓64係通過凸緣52的螺栓孔66而各個***，並藉由加固螺栓64與本體16之嚙合，偵測器18的主本體部50係***通過安裝孔28，且偵測器18以偵測器18之一端部調整成面對連通通道26之關係的狀態而固定於本體16。

接著，將簡要說明其中之偵測器18由以上方式組構之渦旋流量計10的相關操作及好處。

起初，流體從未標示的流體供應源通過管件而供應給第一端口12，該流體通過連通通道26，且流到第二端口14。此時，流體從上游側流至渦旋產生體30的下游側(箭頭A2的方向)，於是卡門渦(karman vortex)產生在渦旋產生體30的下游側(箭頭A2的方向)。由於卡門渦之產生所導致的壓力變化係由偵測器18的偵測元件44所偵測，而偵測器18係設置在渦旋產生體30之下游側上。由偵測元件44偵測到的壓力變化係轉換成電訊號，而該電訊號係通過導線48而輸出至電路板34，並從該電訊號而計算出流體的流量。

此時，雖然流體流過連通通道26的部分侵入進安裝孔28之第一孔部36內，由於密封因第一環件42及第二環件62a、62b之接觸而可靠地形成在安裝孔28之內部圓周表面與支持器46之外部圓周表面之間，流體通過支持器46與安裝孔28之間的間隙而進入容納區段32(該處設置有電路板)的情形係能可靠地防止。因此，密封可藉由第一環件42及第二環件62a、62b而進行，以可靠地防止流體從偵測器18與本體16之間流過並侵入容納區段32的內部。

再者，舉例而言，即使在使用強酸或強鹼之化學溶液作為流體的情況中，相對於依據先前技術之渦旋流量計在其中之以O形環進行密封的情況而言，由於可壓抑耐久性方面的減少且可防止密封性的降低，可在較長的期間中保持穩定的密封能力。

另外，以***偵測器18之支持器46進入本體16之安裝孔28內的簡單操作而言，能夠可靠且穩定地防止支持器46與安裝孔28之間通過間隙的流體洩漏。並且，相較於依據先前技術之組件是由超音波銲接(ultrasonic welding)所連結的渦旋流量計，本發明可簡單並可靠地滿足在偵測器18與本體16之間的有效密封性而不需依賴銲接操作的技巧。

又，由於O形環不再是非必須的，可減少用於在凹槽中或其類似者中組裝如O形環的製造步驟，且可減少構成渦旋流量計的零件數目。因此，可減少製造成本，且可實現低成本的渦旋流量計10。

更有甚者，在偵測器18故障的情況中，可以僅拆離並更換偵測器18。因此，相較於依據先前技術的渦旋流量計，由於先前技術的渦旋流量計之中的偵測器及本體係藉由超音波銲接而彼此連接，可使保養更加容易並降低保養的成本。

另外，在前述的實施例中，提供了第一環件42設置在本體16之環形壁面40上的結構，該第一環件42係面對偵測器18中之支持器46的分界區63，且第二環件62a、62b係設置在支持器46的外部圓周表面上。然而，本發明並未受限於此一結構。舉例而言，第一環件42可設置在支持器46之側上，且第二環件62a、62b可設置在本體16之安裝孔28的內部圓周表面上。並且，可設置複數個第一環件42，且可設置多於一對之第二環件62a、62b。在此方式下，在本體16與偵測器18之間的密封效果可進一步提升。

雖然本發明之較佳實施例已於上文描述，依據本發明之渦旋流量計並未受限於該實施例，且各種變化及修飾可在不悖離如所附申請專利範圍所述本發明的範疇下作出。