JP3744913B2

JP3744913B2 - Vortex flow meter sensor and vortex flow meter

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Publication number: JP3744913B2
Application number: JP2003077353A
Authority: JP
Inventors: 正之斎藤
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004286514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦流量計センサ、及び該センサを備えた渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦流量計は、周知のように、流体の流れの中に渦発生体を配設したとき、その渦発生体から単位時間内に発生するカルマン渦の数が或るレイノルズ数範囲で流量に比例することを利用した推測形の流量計である。発生する渦は、渦発生体周りに生ずる流れ変化又は圧力変化として渦流量計センサ（しばしば単に渦センサと呼ぶ）により検出される。これらの渦センサは、渦発生体内に固着されるか着脱可能に配設されている。流量計は、目的に応じて多様の流体の流量計測を行う計量機であるが、渦流量計は、気体液体等密度や粘度に影響されることなくレイノルズ数のみに依存して特性が定められる特徴をもっている。渦流量計センサ及びそのセンサを備えた渦流量計は、従来から様々な形態で提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１４は、従来の渦流量計センサの一例を説明するための図で、図１４（Ａ）は流れ方向から見た断面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。図中、１０１は流管（管体ともいう）、１０２は渦発生体、１０３は取付面、１０４は計測室（圧力室ともいう）、１０５は圧力導入孔（導圧孔ともいう）、１１０は渦流量計センサ（単に渦センサともいう）を夫々示している。
【０００４】
管体１０１は、被測定流体の流通する配管に介装され、その直径上に渦発生体１０２が設けられている。渦発生体１０２には管体１０１を貫通した凹部が設けられ、その凹部は圧力室１０４となっており、圧力室１０４の両側壁面に導圧孔１０５が貫通し、被測定流体に連通している。一方、圧力室１０４には渦センサ１１０が挿入されている。渦センサ１１０は、鍔部（フランジ）１１１を有する有底な円筒体状の振動管１１３と、振動管１１３の底部に受圧板１１３ａが一体に形成され振動管１１３内に同軸に嵌挿された母材１１４と、母材１１４の両側面に導電性接着剤で固着された圧電素子１１５と、振動管１１３内に母材１１４を一体固着する充填剤１１６及びリード線１１２とからなっている。リード線としてのシールドケーブル１１２は、その芯線１１２ｂに圧電素子１１５の一方の極が接続され、そのシールド線１１２ａに圧電素子１１５の他方の極がハンダ付けされた錫メッキ線を介して接続される。
【０００５】
渦センサ１１０は、振動管１１３の鍔部１１１において管体１０１に形成された取付面１０３で管体１０１に片持固着される。渦による変動圧力は、導圧孔１０５を介して圧力室１０４に導入され、受圧板１１３ａに作用する。変動圧力を受けた受圧板１１３ａは片持固着された位置まわりに変動するが、この変動は、振動管１１３の凹陥部１１６ａに充填された充填剤１１６を介して圧電素子１１５に伝達され、振動に応じた電気信号（電荷）をリード線１１２より出力される。ここで、充填剤１１６は、単に力伝達の媒体ではなく絶縁性が要求される。一般に絶縁抵抗は温度により変化し、高温では低下するので、充填剤１１６としてガラス，エポキシ樹脂等の絶縁性材料が用いられる。
【０００６】
なお、渦流量計用のセンサとしては、例えば、製造工程中に振動管を高温に曝すことをなくし長期安定で信頼度を高くするとともに、高感度で高域特性の優れたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、渦流量計を配管から取り外すことなく通液中でも渦検出部を取り替え可能にする渦流量計用センサも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、上述したカルマン渦の発生に伴う交番差圧の応力を電荷変化として検出する圧電素子に対し、交番差圧を抵抗変化として検出するストレンゲージ（歪ゲージ）により渦を検出する渦センサも存在する。ストレンゲージ式の渦センサでは、一端のみを支持された渦発生体の中に、一体に固着された母材及び一対のストレンゲージが内蔵されており、カルマン渦の発生に伴う渦発生体の交番揚力によって内部のストレンゲージが歪応力を受ける。ストレンゲージはブリッジ回路の２辺を構成しており、ストレンゲージの抵抗変化を電圧変化として検出する。ストレンゲージを用いて圧力を検出する場合も、振動管の基本的な構成は同様であり、説明を省略する。
【０００８】
渦流量計では、上述のごとき渦センサでカルマン渦の数（周波数）を検出することにより流速を得、さらに流速に流路断面積を乗ずることにより体積流量を得ている。
【０００９】
【特許文献１】
特公昭６３−３１７２６号公報
【特許文献２】
特許第３０６９１８１号公報
【特許文献３】
特許第３１５３７４８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に流量計の場合、被測定流体の流速又は体積流量だけでなく、被測定流体の密度をも求めたい場合がある。例えば、被測定流体の質量流量を求めたい場合などがそれに当たる。この場合、従来の技術では、圧力検出素子とは別に密度計を設ける必要があり、設置位置などを考慮した設計を行わなければならないうえに、高コストとなる。
【００１１】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、被測定流体の密度をも検出することが可能な渦流量計センサ、及びこの渦流量計センサを用いて被測定流体の体積流量又は質量流量を計測する渦流量計を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の各技術手段により構成される。
第１の技術手段は、渦流量計において被測定流体の密度と渦発生体に伴う交番差圧を検出するための渦流量計センサであって、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の面積を異ならせた２つの振動部材と、各振動部材を共振させるよう駆動する共振駆動手段と、各振動部材が受ける力を夫々検出する２つの検出素子と、を備え、前記共振駆動手段により各振動部材を被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、該共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、前記２つの検出素子の双方又は一方の出力信号により、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴としたものである。
【００１３】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を振動させる振動駆動素子と、振動駆動素子が共振するまで振動させるよう、対応する検出素子或いは一方の検出素子で検出された信号を、対応する振動駆動素子にフィードバックさせるフィードバック回路と、を有することを特徴としたものである。
【００１４】
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、受圧部分の面積が小さい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号を基準として、受圧部分の面積が大きい方の振動部材に対応した検出素子の出力信号から、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出することを特徴としたものである。
【００１５】
第４の技術手段は、第１乃至第３のいずれか１の技術手段において、前記共振駆動手段は、前記２つの振動部材を、お互い相反する方向に振動させることを特徴としたものである。
【００１６】
第５の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、音叉型を形作る２枚の振動板を有することを特徴としたものである。
【００１７】
第６の技術手段は、第５の技術手段において、前記音叉型の２枚の振動板は、その両方の振動板の先端部分をお互いに接続したものであることを特徴としたものである。
【００１８】
第７の技術手段は、第５又は第６の技術手段において、前記音叉型の２枚の振動板は、流体接触面積を同じくして、且つ、該２枚の振動板の前面の幅をもつ流路に設けるためのものとし、該流路の壁面は、一方の振動板の側面付近に、後段にある他方の振動板に被測定流体を流通させるための迂回路をもつことを特徴としたものである。
【００１９】
第８の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、固定端を同じくした二重振動管型の部材であることを特徴としたものである。
【００２０】
第９の技術手段は、第８の技術手段において、前記二重振動管型の部材は、内側振動管の先端を外側振動管の内壁に接続したものであることを特徴としたものである。
【００２１】
第１０の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、共通の固定部を境として直列された２つの部材とし、そのうち一方が被測定流体との接触用として、他方が該被測定流体との非接触用として用いるものであることを特徴としたものである。
【００２２】
第１１の技術手段は、第１０の技術手段において、前記直列された２つの部材は、前記固定部に前記共振駆動手段を有することを特徴としたものである。
【００２３】
第１２の技術手段は、第１乃至第４のいずれか１の技術手段において、前記２つの振動部材は、共通の振動軸をもつ捻り振動型の部材であることを特徴としたものである。
【００２４】
第１３の技術手段は、第１２の技術手段において、前記捻り振動型の部材は、前記部材の先端を捻り振動可能に覆って被測定流体を仕切る流体仕切り部を有し、該流体仕切り部は、前記部材の振動軸の位置で前記部材を２つに仕切り且つ被測定流体を導入する流体導入部を有することを特徴としたものである。
【００２５】
第１４の技術手段は、被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられ、内部に圧力室を有し、さらに被測定流体に接すべき外部に連通し該圧力室に流体圧を導入する導圧孔を有する渦発生体を備えた渦流量計であって、前記圧力室内に第１乃至第１３のいずれか１の技術手段における渦流量計センサを有し、当該渦流量計は、前記２つの検出素子の出力信号から被測定流体の体積流量を算出する算出器を備えることを特徴とした渦流量計である。
【００２６】
第１５の技術手段は、第１４の技術手段において、前記算出器は、被測定流体の体積流量と、前記共振周波数から算出した被測定流体の密度とに基づいて、被測定流体の質量流量を算出することを特徴としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。また、図１（Ｃ）は渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図１（Ｂ）に対応する断面図である。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る渦流量計センサ（検出器ともいえる）は、被測定流体の密度及び渦発生体に伴う交番差圧を検出するためのセンサであり、２つの振動部材、共振駆動手段、２つの検出素子を備えるものとする。なお、検出素子については、渦発生体に伴う交番差圧或いはそれによる応力を検出することを目的とした素子であることから、以下、圧力検出素子と呼ぶ。
【００２９】
２つの振動部材は、その固有振動数を、被接触媒体の密度，温度など同条件で同じくし（例えば標準状態での被測定媒体，大気，水などで固有振動数を同じくし）、且つ、受圧部分の流体接触面積を異ならすように形成された部材であり、共振駆動手段により振動させる部材である。２つの振動部材としては弾性母材を全部又は一部に使用するとよい。
【００３０】
また、図１に示すように、２つの振動部材は、共通の固定端をもち、渦流量計センサ１０の本体１３の先端方向（ここでは下方）に、２つの振動板１８ａ，１８ｂを備え、夫々に振動伝達軸１２ａ，１２ｂが接続され、さらに振動伝達軸１２ａ，１２ｂはその共通の固定端としての蓋部１１に固定されている。なお、渦流量計センサ本体１３は、振動伝達軸１２ａ，１２ｂを夫々挿入するための軸挿入穴１３ａ，１３ｂを備えている。図１では、２つの振動部材は、固定点を同じくした音叉型の部材（音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂを有する）を例示している。また、この例では図１（Ｂ）に示すように、被測定流体から受ける交番差圧を測定するために、圧力を受ける前面側に流体接触面積（受圧面積）の小さい振動部材を配置し、背面側に流体接触面積の大きい振動部材を配置している。本発明においては、基本的に一方の振動部材（受圧面積の大きい方の部材）が受ける力から圧力を検出するが、外部振動を相殺するために小さい方の部材が受ける力も検出することが好ましい。ここで、流体接触面積とは、各振動部材に対し、被測定流体が接触して圧力を加える面の面積を基本的に指し、本構成例では振動板１８ａ，１８ｂの前面側表面の広さを表すものとする。なお、この点で、ここでの面積とは、振動部材の物理的な面積に限らず、振動部材の周囲の構造上、振動部材が受圧し得る面積といえ、受圧部分の面積とも呼ぶ。図１（Ｂ）では、加えて、振動板１８ａ，１８ｂが渦発生体２の導圧孔５内の圧力室に設けられた例を示している。振動部材に加える振動に関しては、共振駆動手段に関する説明と併せて後述する。
【００３１】
２つの圧力検出素子は、各振動部材が受ける力を夫々検出する素子であり、例えば各振動部材に接合した圧電素子や歪ゲージなどが挙げられる。後述するように、この圧力検出素子が実際にここで出力信号として検出するのは、共振駆動手段で駆動される振動による信号と、振動部材が被測定流体から受けた圧力による信号とが重ね合わされた信号となる。図１では、圧電素子固定板（圧電素子固定枠ともいえる）１４ａ，１４ｂにより夫々固定された圧電素子１５ａ，１５ｂを例に挙げている。なお、圧電素子固定板１４ａ，１４ｂは、夫々振動伝達軸１２ａ，１２ｂに固定されており、ここでは連続した固定板として説明するが、別個の固定板であってもよい。
【００３２】
共振駆動手段は、各振動部材を共振させるよう駆動する手段であり、同手段により或いは他の手段により共振周波数を検出可能となっている必要がある。自由振動をする物体の固有振動は物体の密度や物体に付着した他の物質（ここでは被測定流体）の密度によって変化を受けるので、この原理を利用して被測定流体中に置いた振動部材の固有振動数を計測して密度を知るようにする。共振駆動手段としては自励振動する単独の圧電振動子などを利用してもよく、共振駆動手段により自励発振で振動部材を固有振動状態に駆動し、固有振動数（共振周波数）を検出して密度の信号を得るようにしてもよい。また、共振駆動手段は、振動駆動素子とフィードバック回路とを有するよう構成してもよく、図１ではこの例を示している（但し、フィードバック回路は図示せず）。
【００３３】
振動駆動素子は、各振動部材を振動させる素子であり、合計２つ（又は２組）の振動駆動素子或いは共通の１つの振動駆動素子が具備されていればよい。図１の構成例では、振動駆動素子の一例としてバイモルフ型圧電アクチュエータ（以下、単にバイモルフと呼ぶ）１７ａ，１７ｂが、夫々、振動伝達可能なバイモルフ固定片１６ａ，１６ｂに固定され、振動伝達軸（振動板駆動軸ともいえる）１２ａ，１２ｂに接するよう設けている。なお、振動駆動素子に関し、密度信号として共振周波数を出力するため、素子と表現しているが、後述するように磁石及び励振コイルなどにより構成してもよい。
【００３４】
フィードバック回路は、個々の圧力検出素子やその他の手段で検出された振動信号（出力信号のうち強制振動に係る信号を抽出するなどするとよい）を、対応する振動駆動素子に、その振動駆動素子が共振するまで振動させるようフィードバックさせる。若しくは、フィードバック回路は、いずれかの圧力検出素子で検出された振動信号を、双方の振動駆動素子（１つしかない形態ではその振動駆動素子）に、その振動駆動素子が共振するまで振動させるようフィードバックさせる。若しくは、その他の手段により振動伝達軸１２ａ，１２ｂ或いは振動板１８ａ，１８ｂでの振動を検出し、そのうち強制振動に係わる信号を抽出し、その信号が共振状態を示すようになるまで振動駆動素子の振動周波数を上げて行ってもよい。
【００３５】
上述のごとく、本発明に係る渦流量計センサは、共振駆動手段により各振動部材を被測定流体の密度に応じた共振周波数で振動させることで、その共振周波数により被測定流体の密度を算出し、且つ、２つの圧力検出素子の少なくとも一方の出力信号により、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出するようにしている。
【００３６】
また、本発明に係る渦流量計センサにおいては、受圧部分（検圧部分ともいえる）の流体接触面積の小さい方の振動部材に対応した圧力検出素子の出力信号を基準として、受圧部分（検圧部分ともいえる）の流体接触面積の大きい方の振動部材に対応した圧力検出素子の出力信号から、振動部材で被測定流体から受ける交番差圧を検出するようにしてもよい。
【００３７】
図１（Ｃ）を参照して、音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂの流体接触面積を同じくしたときの形態を説明する。上述の構成例で２枚の振動板の流体接触面積を異ならせた理由は、被測定流体による個々の振動板へかかる圧力に差を与えるためであり、これは、ここで説明する図１（Ｃ）のごとき構成でも実現できる。すなわち、振動板１８ａ′，１８ｂ′を有する渦流量計センサ１０は、振動板１８ａ′の前面の幅（振動板１８ｂ′の幅も同じ）と略同じ幅Ｌをもつ流路６に設けるためのものとする。但し、この流路６の壁面は、一方の振動板１８ａ′の側面付近に、後段にある他方の振動板１８ｂ′に被測定流体を流通させるための迂回路（凹部）７をもつよう形成しておく必要がある。
【００３８】
図２は、図１の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図２（Ａ）は渦流量計センサ本体１０の模式図として振動板１８ａ，１８ｂを簡単に図示しており、図２（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面図を、図２（Ｃ）は夫々の振動板１８ａ，１８ｂ夫々の非受圧時，受圧時の位置を説明するための図である。
【００３９】
図２（Ｃ）に示すように、振動板１８ａ，１８ｂは、非受圧時も受圧時もバイモルフ１７ａ，１７ｂにより夫々駆動されており、紙面上下に正弦振動している。非受圧時にはその振幅が一定であるのに対し、図２（Ｂ）の矢視方向からの流れによる受圧時には、流体接触面積の小さな振動板１８ａより流体接触面積の大きな振動板１８ｂの方が総圧力が大きくなるため、振動板１８ｂの振動が、紙面下方向にシフトする。なお、外力は非定期であり通常単純にシフトするとは限らない。勿論、振動板１８ａの振動も受圧時にはシフトするが、渦流量計センサ１０への外部からの余計な振動などと共に、相殺することが可能であり、そのため図２（Ｃ）における振動板１８ａの位置は受圧時もシフトの無い状態で図示している。本発明は、外部からの余計な振動が無いと仮定すれば振動部材を２つ設ける必要は無いが、実際外部からの余計な振動が無いことは有り得ないので振動部材を２つ設け、外部振動を相殺するよう構成している。
【００４０】
図３は、図１の渦流量計センサにおける圧電素子の配線を説明するための模式図である。
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は共振駆動状態にあるときの振動板１８ａ，１８ｂの位置と圧電素子１５ａ，１５ｂの出力を示しており、図３（Ｄ），（Ｅ）は外部振動を受けているときの振動板１８ａ，１８ｂの位置と圧電素子１５ａ，１５ｂの出力を示している。図３で例示する共振駆動手段は、２つの振動部材を、お互い相反する方向に振動させるよう構成したものである。すなわち、この例では、振動板１８ａ，１８ｂを夫々反対方向に振動させるようにバイモルフ１７ａ，１７ｂを駆動させているが、振動部材として２枚の振動板を採用した場合は配線や圧電素子の位置などを考慮することで同方向に振動させる形態も採用できる。また、図３では、振動板１８ａ，１８ｂの外側に圧電素子１５ａ，１５ｂを設けたもののみを例示しているが、渦流量計センサの構造によっては内側に圧電素子を設けることも可能である。
【００４１】
圧電素子は、上述したように外部振動（配管振動など）の影響を除去するために２箇所に配置している。図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、２箇所に配置した圧電素子１５ａ，１５ｂに同一方向の外部振動が加わった場合は、発生電荷が互いに相殺されるように配線している。図３（Ａ），（Ｃ）に示すように、２箇所の圧電素子１５ａ，１５ｂが相対的に逆振動している時や圧電素子間に振幅の差が生じた時には信号が出るようになっている。
【００４２】
図４は、図１の渦流量計センサから出力される検出信号を説明するための図で、図４（Ａ）は非受圧時の信号波形を、図４（Ｂ）は受圧時の信号波形を、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）の信号を整流した波形を、図４（Ｄ）は図４（Ｃ）の信号から交番差圧（圧力変化）を抽出した信号波形を、夫々示している。
【００４３】
図４を参照して、本発明に係る渦流量計センサを渦流量計に適用した場合を例に挙げて、且つ図１乃至図３で説明した渦流量計センサを例示して、圧力検出信号（ここでは流量検出信号）を説明する。まず、流れが無い時にはバイモルフ１７ａ，１７ｂにより振動板１８ａ，１８ｂは強制的に共振振動が課せられており、信号Ｓ₀のごとき固有周波数での振動のみが正弦波形の検出信号として検出される（図４（Ａ））。この振動板１８ａ，１８ｂは、接液している液体やガス体の密度に比例した固有振動で駆動されるので、その周波数を密度検出信号として使用するとよい。
【００４４】
しかしながら、これに流れが加わると、渦発生体２によりその下流にカルマン渦が発生し、カルマン渦による交番差圧が導圧孔５を通して振動板１８ａ，１８ｂ（特に振動板１８ｂ）に作用し、信号Ｓ₀の振動中心が正弦振動を行うような検出信号Ｓが検出される（図４（Ｂ））。検出信号Ｓを整流することで信号Ｓ_Iが得られ（図４（Ｃ））、これにバイアスをかけるなどして、渦による交番波形である復調信号（流量検出信号）Ｓ_Qが得られる（図４（Ｄ））。実際には、検出信号Ｓ（信号Ｓ₀の場合もある）をフーリエ変換などを行うことで、密度検出信号（信号Ｓ₀と同様の波形をもつ信号）と流量検出信号とに分けて、流量（圧力）及び密度を検出するようにしてもよい。また、密度検出信号は、単にバイモルフ１７ａ，１７ｂの振動数により検出してもよく、その場合、検出信号Ｓからこの密度検出信号を差し引くことで流量検出信号Ｓ_Qを得るようにしてもよい。
【００４５】
上述したように、本構成例に係る渦流量計センサは、共振周波数で振動する２枚の振動板で構成し、片側の振動板は幅寸法が少し広く交番差圧に直接対応できるようになっている。また、センサ構造とバイモルフ等によって２本の軸を共振駆動し、その振動を２枚の振動板に伝達する構造となっている。この振動板は接液している液体やガス体の密度に比例した固有振動で駆動されるのでその周波数を密度検出信号として使用する。交番差圧を検出するために、２枚の振動板は幅に差を設けてあり幅の広い片側の振動板が差圧に反応して振幅を変えるようになっている。振動板１８ａは差圧の影響を受けず振幅一定であるが振動板１８ｂは圧力を受けて振幅が変化する。本構成例において振動部は、音叉方式を取るため、左右対称の振動板であることが好ましいが、差圧検出は幅の大きな片側の振動板１８ｂで行なうとよい。但し、２枚の振動板は交番差圧の無い時（流れが無い時）振幅が同一となるよう厚みや形状を調整し振動のバランスを保つ必要がある。このように調整された振動板は配管振動等の外力に対して平衡状態を保てる。圧電素子から出力される信号は差動増幅等による信号処理でも可能であるが、ノイズの問題が解決できないので、ここでは検出信号（振動板共振波信号）を検波し、直流増幅後、渦信号を出力するといった信号処理を行うとよい。
【００４６】
図５は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を説明するための図で、図５（Ａ）は図１及び図２で示した振動部材の応用例を、図５（Ｂ），（Ｃ）は他の応用例を、夫々示している。
図１では、２つの振動部材として、固定点を同じくした音叉型の２枚の振動板１８ａ，１８ｂを備える渦流量計センサ１０を例示したが、図５（Ａ）のように、この音叉型の振動板１８ａ，１８ｂがその両方の振動板の先端部分をお互いに接続するようにしてもよい。先端部分の接続がない場合、交番差圧の周波数より振動板の周波数が高くないと信号検出に不具合が生ずることになるのが、先端部を固定することで、振動周波数を引き上げることが可能となる。図５（Ａ）では、板バネ１９により接続した例と、先端を固定部１９′で固定した例とを示している。また、図示はしないが、図５（Ａ）において振動板１８ｂを図面下方向に延伸した形状にしてもよい。
【００４７】
図５（Ｂ）には、左右の振動板２２ａ，２２ｂが並行振動方式を適用した渦流量計センサ２１を例示している。振動板２２ａ，２２ｂはその中盤より下方で幅を変更している。振動板としては、振動板２３ａ，２３ｂのように、全体を通して幅を異ならしめたものや、その先端を固定部２４で固定したものを採用してもよい。
【００４８】
図５（Ｃ）には、振動部が円筒形の板をもつものを採用した渦流量計センサ２５の模式図を示している。振動板２６ａ，２６ｂは、その径をお互い異ならせたり、先端部分の形状を異ならせることで形成するとよい。同様に、振動板２６ａ，２６ｂとしては、その先端を板バネ２９により接続したものや、先端を固定部２９′で固定して割溝をなくしたものなどを採用してもよい。
【００４９】
図６は、本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図６（Ａ）はその渦流量計センサの断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
図６を参照して説明する他の構成例は、基本的に図１の構成例と同様であるが、Ｂ−Ｂ断面の位置を異ならせており、共振駆動部及び圧力検出部を詳細に説明するために挙げている。図６中、３０は渦流量計センサ、３１は蓋部、３２ａ，３２ｂは振動伝達軸、３３は渦流量計センサ本体、３４ａ，３４ｂは圧電素子固定板、３５ａ，３５ｂは圧電素子、３６ａ，３６ｂはバイモルフ固定片、３７ａ，３７ｂはバイモルフ、３８ａ，３８ｂは振動板、を夫々示しており、これらの構成要素は図１の構成例の対応する構成要素と同様の機能を備えるものとする。
【００５０】
渦流量計センサ本体３３は、振動伝達軸３２ａ，３２ｂを夫々挿入するための軸挿入穴３３ａ，３３ｂを備えている。また、渦流量計センサ本体３３の凹部には、蓋部３１と一体に形成された振動駆動素子固定板３９が、バイモルフ３７ａ，３７ｂを固定したバイモルフ固定片３６ａ，３６ｂを、その主要部３９ａ，底部３９ｂで固定するよう構成されている。バイモルフ３７ａ，３７ｂは、振動素子固定板３９の側面３９ｃ，３９ｄによっても固定されている。また、図６中、３８ｃは振動板３８ａ，３８ｂ間の割溝、４０は図５で示したような各種形状をもつ先端部である。
【００５１】
ここで、本実施形態に係る渦流量計センサの渦流量計への適用例を詳述する。
本発明に係る渦流量計は、被測定流体が流通する流管内に流れに対向して設けられ、内部に圧力室を有し、さらに被測定流体に接すべき外部に連通し該圧力室に流体圧を導入する導圧孔を有する渦発生体を備え、さらに圧力室内に本発明に係る渦流量計センサを備え、２つの圧力検出素子の出力信号から被測定流体の体積流量を算出する算出器を備えるようにすればよい。すなわち、本発明に係る渦流量計センサを差圧導入部に備えるようにするとよく、この場合、渦流量計センサは、渦流量計用の密度・流量センサともいえる。なお、図１等の他、図１４（Ｂ）のような状態で本発明に係る渦流量計センサを設置してもよい。
【００５２】
また、この算出器は、被測定流体の体積流量と、共振周波数から算出した被測定流体の密度とに基づいて、被測定流体の質量流量を算出するようにしてもよく、この場合、渦流量計が質量流量計として利用可能となる。従来技術に基づき現在使用している圧電センサは、カルマン渦による交番差圧（渦変動差圧ともいえる）の数を検出することで、体積流量を計測しているが密度計測は行っていないので、本発明のごとく、密度検出と流量検出を同時に行うよう、渦流量計センサ本体内に圧電素子による振動駆動部と流量信号検出部を設けたことで、流量検出と同時に密度検出が可能となるので、質量流量計測が可能となる。
【００５３】
図７は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、二重振動管型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図７（Ａ）は渦流量計センサ本体の模式図として二重振動管を簡単に図示しており、図７（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面における非受圧時及び受圧時の内外振動管の位置を説明するための図である。なお、図７は図２の模式に対応した模式図である。
【００５４】
本発明に係る渦流量計センサとしては、二重振動管タイプの振動部材を用いることもでき、ここではこの実施形態を説明する。すなわち、上述の２つの振動部材が、固定端を同じくした二重振動管型の部材であるようにしてもよい。図７で示す渦流量計センサ５０は、外筒５２内に内筒５３が本体５１を固定端として設けられている。図７（Ｂ）の左右で共振駆動手段及び外部圧力による振幅の最大値を示すように、非受圧時は実線で表すような外筒５２，内筒５３の位置となるが、受圧時には内筒５３は同様の位置となるが外筒５２は点線で表すような位置に時振幅が変化（シフト）する。内筒５３は内部の管であり圧力の影響を受けないので振幅が一定でシフトもしない。したがって、内外の振動管５２，５３の間隔は、圧力の影響を受けると、圧力を受けた側が狭くなる。
【００５５】
図８は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図７のごとき二重振動管型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。図８（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図８（Ｃ）は図８（Ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。また、図８（Ｄ）は渦流量計センサの振動状態を説明するための図で、図８（Ａ）の下側部分を模式的に示した図である。
【００５６】
図８を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ５０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、受圧部分の生じ得る外側振動管（外筒ともいう）５２と、外側振動管５２の内部に同心で格納され受圧部分を生じ得ない内側振動管（内筒ともいう）５３とが、本体５１に固定端を同じくして接続されており、バイモルフ５６等の圧電振動駆動素子によりお互いが振動するように構成されている。バイモルフ５６は外側振動管５２の径方向に内壁に接するように、且つ、内側振動管５３の上部５７の中心に接するように設けられている。また、二重振動管型の部材として、内側振動管５３の先端（図８の下端）を外側振動管５２の内壁に接続して、振動周波数を引き上げるようにしてもよい。なお、図８（Ａ）では内側振動管５３の下端部分に空洞を設けているが、これは外側振動管５２との固有振動数の一致を目的としてなされた工夫の１つである。
【００５７】
また、渦流量計センサ５０は、圧電素子５５ａ，５５ｂ等の圧力検出素子を備える。圧電素子５５ａ，５５ｂは、夫々圧電素子固定板５４ａ，５４ｂに固定されており、圧電素子固定板５４ａ，５４ｂは、各々振動部材の１つである外側振動管５２の径側一端と内側振動管５３の径側一端とを掛け渡し、圧電素子５５ａ，５５ｂが外側振動管５２と内側振動管５３との歪を検出することを可能としている。圧電素子５５ａ，５５ｂ及びバイモルフ５６の配線は、配線孔５８から外部へ取り出している。
【００５８】
内外の振動管５２，５３の間隔は、図８（Ｄ）に示すように、圧力の影響を受けると圧力を受けた側が狭くなる。被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００５９】
図９は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図９（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、図９（Ｃ）は渦流量計センサの振動状態を説明するための図で、図９（Ａ）を模式的に示した図である。なお、図９で説明する渦流量計センサは、基本的に図１の渦流量計センサの原理を用い（音叉型ではないが）、２つの振動部材の一方を被測定流体に接しさせ、他方を接しさせないようにしたセンサである。
【００６０】
図９を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ６０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、受圧部分の生じ得る下側振動管６２ａと、下側振動管６２ａの固定部（渦流量計センサの本体ともいえる）６１を境として直列された、受圧部分を生じ得ない上側振動管６２ｂとが、お互い共通の固定部６１で接続されて構成されている。なお、２つの振動管を上下として説明するが、その使用形態によっては上下が逆転することや、左右など他の方向に設置されることがあることは言及するまでもなく、そのうち一方が被測定流体との接触用として、他方が該被測定流体との非接触用として用いるものであればよい。また、本実施形態では、２つの振動部材をお互いに相反する方向に振動するものは採用し得ないことに注意する必要がある。さらに、詳述はしないが、他の構成例として、上側振動管及び下側振動管の代わりに上側の振動板及び下側の振動板を用いてもよい。
【００６１】
また、下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂの内部には、共通の振動伝達軸６３がその両端を下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂの内壁に接する状態で備えられている。さらに、振動伝達軸６３の中心部に設けられた共振駆動手段の一例としての磁石６６ａ及び励振コイル６６ｂ等の振動駆動素子により、振動伝達軸６３を駆動させることで、固定部６１を中心として下側振動管６２ａ及び上側振動管６２ｂがそれらの両端を最大振れ幅として振動（図９では左右に振動）するように構成されている。励振コイル６６ｂは固定部６１の内壁に接するように、且つ、磁石６６ａが振動伝達軸６３の長手方向の中央部分に接するように設けられている。なお、図９（Ａ）では振動伝達軸６３を棒状のものとして示したが、内部が空洞の筒状のものを採用してもよい。なお、被測定流体に接触させる側（下側で例示）の振動管６２ａと、被測定流体に接触させない側（上側で例示）の振動管６２ｂとは、被測定流体に対する流体接触面積を異ならせたものとして見ることができるので、図１乃至図６で説明した２つの振動部材をもつタイプの振動管に類似しているともいえる。
【００６２】
また、渦流量計センサ６０は、圧電素子６５ａ，６５ｂ等の圧力検出素子を備える。圧電素子６５ａ，６５ｂは、夫々圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂに固定されており、圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂは、夫々下側振動管６２ａ，上側振動管６２ｂの内壁に固定されている。ここでは圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂとして、固定部６１の内壁における夫々下側振動管６２ａ側，上側振動管６２ｂ側に接続されたＬ形圧電素子固定片を例示している。また、圧電素子６５ａ，６５ｂは、夫々圧電素子固定板６４Ｌａ，６４Ｌｂと反対側に接続された圧電素子固定片６４ａ，６４ｂを介して、振動伝達片６７に接続されている。振動伝達片６７は、振動伝達軸６３の一部分の周囲に接して設けられており、結果として、圧電素子６５ａ，６５ｂが、夫々下側振動管６２ａ，上側振動管６２ｂの振動伝達軸６３に対する歪を検出することを可能としている。
【００６３】
上下の振動管６２ａ，６２ｂは、被測定流体に対する流体接触面積を異ならせ、下側だけが被測定流体による圧力を受けるようになっており、図９（Ｃ）に示すように、圧力の影響を受けると圧力を受けた側の振動管（下側振動管６２ａ）の振れ（角度θ₁）の方が、圧力を受けていない側の振動管（上側振動管６２ｂ）の振れ（角度θ₂）よりも大きくなる。すなわち、被測定流体による圧力を受けることで、上下の振動管で軸の傾斜が異なることとなる。この差に基づいて交番差圧の検出を行うこととなる。なお、被測定流体による圧力を受けていないときには、上下の振動管で軸の傾斜が同じになる。また、被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００６４】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図９のごとき部材を用いた渦流量計センサの他の構成例を示す図である。図１０（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。なお、図１０で説明する渦流量計センサは、基本的に図９の渦流量計センサの原理を用い、２つの振動部材の一方を被測定流体に接しさせ、他方を接しさせないようにしたセンサであるが、その圧力検出素子の設置方法が図９のそれとは異なる。
【００６５】
図１０中、７０は渦流量計センサ、７１は固定部（センサ本体）、７２ａは下側振動管、７２ｂは上側振動管、７３は振動伝達軸、７４ａ，７４ｂは圧電素子固定板、７５ａ，７５ｂは圧電素子、７６ａは磁石、７６ｂは励振コイル、７７は振動伝達片、を夫々示しており、これらの構成要素は図９の構成例の対応する構成要素と同様の機能を備えるものとする。但し、図１０を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ７０は、図９のＬ形圧電素子固定片６４Ｌａ，６４Ｌｂ及び圧電素子固定板６４ａ，６４ｂの代わりに、圧電素子固定板７４ａ，７４ｂを用いて圧電素子の固定を行っている。また、下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの両端には、夫々その振動方向の幅を細めた先端部７８ａ，７８ｂが設けられている。さらに、その他、上側振動管７２ｂの先端部７８ｂには、振動管保護具（円筒形の場合には振動体保護円筒カバーともいえる）７９が取り外し不能に或いは取り外し可能に備えられている。振動管保護具７９を取り外し可能に設けた場合には振動管７２ａ，７２ｂのいずれ側をも被測定流体に接する側とすることが可能である。
【００６６】
振動伝達軸７３の中心部に設けられた共振駆動手段の一例としての磁石７６ａ及び励振コイル７６ｂ等の振動駆動素子により、振動伝達軸７３を駆動させることで、固定部７１を中心として下側振動管７２ａ及び上側振動管７２ｂがそれらの両端（先端部７８ａ，７８ｂの固定部７１側の部分）を最大振れ幅として振動（図１０では左右に振動）するように構成されている。また、圧電素子７５ａ，７５ｂは、夫々圧電素子固定板７４ａ，７４ｂに固定されており、圧電素子固定板７４ａ，７４ｂは、夫々下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの内壁に固定されている。ここでは圧電素子固定板７４ａ，７４ｂとして、固定部７１の内壁における夫々下側振動管７２ａ側，上側振動管７２ｂ側に接続され、且つ、振動伝達片７７に接続された圧電素子固定片を例示している。振動伝達片７７は、振動伝達軸７３に接続されており、結果として、圧電素子７５ａ，７５ｂが、夫々下側振動管７２ａ，上側振動管７２ｂの振動伝達軸７３に対する歪を検出することを可能としている。また、被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図９で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００６７】
図１１は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、捻り振動型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。図１１（Ａ）は渦流量計センサ本体の模式図として捻り振動型の振動体を簡単に図示しており、図１１（Ｂ）はその矢視Ｂ−Ｂ断面における非受圧時及び受圧時の振動体の位置を説明するための図、図１１（Ｃ）は図１１（Ｂ）において振動体のみ抽出して示した図である。なお、図１１は図２の模式に対応した模式図である。
【００６８】
本発明に係る渦流量計センサとしては、捻り振動タイプの振動部材を用いることもでき、ここではこの実施形態を説明する。すなわち、上述の２つの振動部材が、共通の振動軸をもつ捻り振動型の部材であるようにしてもよい。図１１で示す渦流量計センサ８０においては、振動軸８３を中心に振動管８２が捻り振動し、振動管８２の先端部分として設けられた振動体８８も振動軸８３の延長上の軸８３′を（少なくとも固定端側では）中心とし、捻り振動を行う。但し、上述の共通の振動軸とは先端部分として設けられた振動体８８の中心軸８３′を指し、振動体８８は、厳密には先端部にてその中心軸８３′を中心に捻り振動を行うとはいえないことに留意すべきである。
【００６９】
振動体８８はこの形状から１つの振動体ともいえるが、本明細書中では、その左右両側が夫々１つの振動部材に対応するものとして、中心軸８３′を境に左側振動体８８ａ（図１１（Ｂ），（Ｃ）中では上部），右側振動体８８ｂ（同じく下部）として説明している。先端部８８は、その中心軸８３′を境に左側振動体（先端部受圧側とする）８８ａと右側振動体（先端部非受圧側とする）８８ｂとに分けて考えることが可能で、それ故、左側，右側の夫々を個々の振動部材として考えている。なお、本明細書中、受圧側と非受圧側とに振動部材を分けて説明しているが、非受圧側でも多少の受圧は存在することが普通であり、また、受圧側及び非受圧側共に被測定流体が流動していない時などは圧力を受けないものとする。
【００７０】
但し、振動体８８が左右対象なものであった場合などには、振動体８８の両側（左側振動体８８ａ，右側振動体８８ｂ）へは被測定流体による圧力が同等にかかってしまうので、何らかの形で振動体８８の左右両側に対する被測定流体からの圧力を異ならしめる必要がある。すなわち、何らかの手段で受圧部分の面積を異ならせる必要がある。なお、この点でここでの面積とは、振動部材の物理的な面積に限らず、振動部材の周囲の構造上、振動部材が受圧し得る面積といえる。そのため、例えば、捻り振動型の部材は、部材の先端を捻り振動可能に覆って被測定流体を仕切る流体仕切り部（カラー９１）を有し、流体仕切り部（カラー９１）は、部材の振動軸８３′の位置で部材を２つに仕切り且つ被測定流体を導入する流体導入部（Ｖ字遮蔽部９２及び窓部９３ａ，９３ｂ）を有するようにしてもよい。図１１（Ｂ）に例示するカラー９１では、窓９３ａ，９３ｂを設け、被測定流体の流入、すなわち被測定流体による応圧を可能としている。
【００７１】
振動体８８は、図１１（Ｂ），（Ｃ）において矢付きの円弧（実線，破線）で示す方向に共振振動するが、先端部受圧側８８ａでは、外部圧力により実際には図１１（Ｃ）の矢付きの円弧（実線）で示す方向に共振振動がシフト（角度θ₃で表記）する。しかしながら、先端部非受圧側８８ｂでは、圧力の影響を受けにくく、実際にはシフト（シフト角０として図示）することはあるものの、シフトの量に差が生じる。換言すると、圧力に抵抗する側に捻り振動する時は振動の振幅が小さく、逆の時は大きい。角度θ₃（実際はここから先端部非受圧側８８ｂのシフト角を差し引いた値）で表記されるこの差を、圧力検出素子により検出するとよい。
【００７２】
図１２は、本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１１のごとき捻り振動型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。図１２（Ａ）はその渦流量計センサの垂直断面図、図１２（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。また、図１２（Ｃ）は渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図１２（Ｂ）に対応する断面図である。また、図１３は、図１２の渦流量計センサの先端部の断面を示しながらセンサ設置方法を説明するための図である。
【００７３】
図１２及び図１３を参照して説明する構成例では、渦流量計センサ８０は、固有振動数を同じくし且つ受圧部分の流体接触面積を異ならせた２つの振動部材として、先端部８８を有する。先端部８８では、受圧部分の生じ得る受圧側先端部８８ａと、受圧側先端部８８ａの振動軸８３′と同じ軸で振動し受圧部分を生じ得ない非受圧側先端部８８ｂとが、本体８１に固定端を同じくして接続されている（図１３）。先端部８８は、圧電セラミック８６ａ，８６ｂ（図１２（Ｂ））や磁石８６ａ′，８６ｂ′及びコイル８７ａ′，８７ｂ′（図１２（Ｃ））等の振動駆動素子によりお互いが振動軸（中心軸ともいえる）８３′を中心として捻り振動するように構成されている。図１２（Ｂ）を参照すると、圧電セラミック８６ａ，８６ｂは、夫々Ｌ字型の振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄを介して渦流量計センサ本体８１の受圧側，非受圧側に接続されており、同時に、振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄを介して捻り振動伝達片８９（受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂ）に接続されている。また、振動駆動素子固定板８１ｃ，８１ｄは、渦流量計センサ８０の本体８１の内壁に接するように設けられ、受圧側凸部８９ａ及び非受圧側凸部８９ｂを持つ振動伝達片８９の中心には振動伝達軸８３が設けられている。振動伝達軸８３は、振動管８２の内壁の底部であって先端部８３の付根部分まで延伸しており、中心軸８３′を中心として先端部８８を捻り振動させることを可能としている。
【００７４】
また、渦流量計センサ８０は、圧電素子８５ａ，８５ｂ等の圧力検出素子を、夫々受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに備える（図１２（Ｂ））。圧電素子８５ａ，８５ｂは、夫々圧電素子固定板８４ａ，８４ｂに固定されており、圧電素子固定板８４ａ，８４ｂは、夫々Ｌ字型の振動伝達板８１ａ，８１ｂを介して受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに接続されている。圧電素子８５ａ，８５ｂは、夫々、振動部材の一部である渦流量計センサ本体８１の受圧側の振動伝達板８１ａ，非受圧側の振動伝達板８１ｂを介して、夫々振動伝達片８９の受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂでの歪を検出することを可能としている。なお、図１２（Ｃ）における各部８９，８９ａ′,８９ｂ′は、夫々図１２（Ｂ）の捻り振動伝達片８９，受圧側凸部８９ａ，非受圧側凸部８９ｂに対応している。
【００７５】
振動体（渦流量計センサ先端部）８８は、図１３及び図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように窓９３ａ，９３ｂ及びＶ字遮蔽部９２付きのカラー９１を渦発生体２の導圧部５などに設置することで、一方（図１３で上側）から圧力の影響を受けると、受圧側先端部８８ａの振動の振幅が図面右側にずれ、非受圧側先端部８８ｂの振動の振幅はこのときそのずれより小さいずれで図面左側にずれることとなる。被測定流体の密度の算出、振動部材で受ける被測定流体による交番差圧の検出、さらには渦流量計への適用に関しては、図１乃至図６等で説明したものを適宜変更することで適用可能であり、その説明を省略する。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力検出素子とは別に密度計を設けたりすることなく、被測定流体の密度と渦発生体に伴う交番差圧とを検出することが可能となる。
【００７７】
また、本発明によれば、この渦流量計センサを用いて被測定流体の体積流量又は質量流量を計測する渦流量計を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図２】図１の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図３】図１の渦流量計センサにおける圧電素子の配線を説明するための模式図である。
【図４】図１の渦流量計センサから出力される検出信号を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、二重振動管型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図７のごとき二重振動管型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの他の構成例を示す図で、図９のごとき部材を用いた渦流量計センサの他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す模式図で、捻り振動型の渦流量計センサにおける密度，交番差圧の検出を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る渦流量計センサの一構成例を示す図で、図１１のごとき捻り振動型の部材を用いた渦流量計センサの一構成例を示す図である。
【図１３】図１２の渦流量計センサの先端部の断面を示しながらセンサ設置方法を説明するための図である。
【図１４】従来の渦流量計センサの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
２…渦発生体、５…導圧孔、６…流路、７…迂回路（凹部）、１０…渦流量計センサ、１１…蓋部、１２ａ，１２ｂ…振動伝達軸（振動板駆動軸）、１３…本体、１３ａ，１３ｂ…軸挿入穴、１４ａ，１４ｂ…圧電素子固定板（圧電素子固定枠）１５ａ，１５ｂ…圧電素子、１６ａ，１６ｂ…バイモルフ固定片、１７ａ，１７ｂ…バイモルフ型圧電アクチュエータ（バイモルフ）１８ａ，１８ｂ，１８ａ′，１８ｂ′…振動板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vortex flowmeter sensor and a vortex flowmeter including the sensor.
[0002]
[Prior art]
As is well known, when a vortex generator is disposed in a fluid flow, the vortex flowmeter is proportional to the flow rate within a certain Reynolds number range. This is a speculative flow meter that uses this function. The generated vortex is detected by a vortex flowmeter sensor (often simply referred to as a vortex sensor) as a flow change or pressure change that occurs around the vortex generator. These vortex sensors are fixed inside the vortex generator or detachably arranged. A flow meter is a measuring device that measures the flow rate of various fluids according to the purpose. However, a vortex flow meter is characterized only by the Reynolds number without being affected by the density and viscosity of the gas liquid. Has characteristics. A vortex flowmeter sensor and a vortex flowmeter including the sensor have been proposed in various forms (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
14A and 14B are diagrams for explaining an example of a conventional vortex flowmeter sensor. FIG. 14A is a cross-sectional view seen from the flow direction, and FIG. 14B is a view taken along the line B- in FIG. It is B sectional drawing. In the figure, 101 is a flow tube (also referred to as a tube), 102 is a vortex generator, 103 is a mounting surface, 104 is a measurement chamber (also referred to as a pressure chamber), 105 is a pressure introduction hole (also referred to as a pressure guide hole), 110 Denotes a vortex flowmeter sensor (also simply referred to as a vortex sensor).
[0004]
The tube body 101 is interposed in a pipe through which a fluid to be measured flows, and a vortex generator 102 is provided on the diameter thereof. The vortex generator 102 is provided with a concave portion penetrating the tube body 101, and the concave portion serves as a pressure chamber 104. The pressure guide holes 105 penetrate the both side wall surfaces of the pressure chamber 104 and communicate with the fluid to be measured. Yes. On the other hand, a vortex sensor 110 is inserted into the pressure chamber 104. The vortex sensor 110 has a bottomed cylindrical vibrating tube 113 having a flange (flange) 111, and a pressure receiving plate 113a formed integrally on the bottom of the vibrating tube 113, and is coaxially inserted into the vibrating tube 113. It consists of a base material 114, a piezoelectric element 115 that is fixed to both side surfaces of the base material 114 with a conductive adhesive, a filler 116 that integrally fixes the base material 114 inside the vibration tube 113, and a lead wire 112. The shield cable 112 as a lead wire is connected to the core wire 112b via a tin-plated wire in which one pole of the piezoelectric element 115 is connected to the shield wire 112a and the other pole of the piezoelectric element 115 is soldered. .
[0005]
The vortex sensor 110 is cantilevered to the tube body 101 by a mounting surface 103 formed on the tube body 101 at the flange 111 of the vibration tube 113. The fluctuating pressure due to the vortex is introduced into the pressure chamber 104 through the pressure guide hole 105 and acts on the pressure receiving plate 113a. The pressure receiving plate 113a that has received the fluctuating pressure fluctuates around the position where the cantilever is fixed. This fluctuation is transmitted to the piezoelectric element 115 via the filler 116 filled in the concave portion 116a of the vibration tube 113, and vibration is generated. An electrical signal (charge) corresponding to the signal is output from the lead wire 112. Here, the filler 116 is not simply a medium for force transmission, but is required to have an insulating property. In general, since the insulation resistance varies depending on the temperature and decreases at a high temperature, an insulating material such as glass or epoxy resin is used as the filler 116.
[0006]
As sensors for vortex flowmeters, for example, there are also proposed sensors that have high sensitivity and high-frequency characteristics, as well as long-term stability and high reliability without exposing the vibration tube to high temperatures during the manufacturing process. (For example, refer to Patent Document 2). There has also been proposed a sensor for a vortex flowmeter that allows the vortex detector to be replaced even during liquid flow without removing the vortex flowmeter from the pipe (for example, see Patent Document 3).
[0007]
There is also a vortex sensor that detects the vortex by a strain gauge that detects the alternating differential pressure as a resistance change, in contrast to the piezoelectric element that detects the alternating differential pressure stress associated with the generation of the Karman vortex as described above. To do. In the strain gauge type vortex sensor, a base material and a pair of strain gauges are integrally fixed in a vortex generator supported only at one end, and the vortex generator alternating with the generation of Karman vortex The internal strain gauge is subjected to strain stress by lift. The strain gauge constitutes two sides of the bridge circuit, and detects a resistance change of the strain gauge as a voltage change. Even when pressure is detected using a strain gauge, the basic configuration of the vibrating tube is the same, and a description thereof will be omitted.
[0008]
In the vortex flowmeter, the flow rate is obtained by detecting the number (frequency) of Karman vortices with the vortex sensor as described above, and the volume flow rate is obtained by multiplying the flow velocity by the cross-sectional area of the flow path.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.63-31726
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3069181
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3153748
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, particularly in the case of a flow meter, it may be desired to obtain not only the flow velocity or volume flow rate of the fluid to be measured but also the density of the fluid to be measured. For example, this is the case when the mass flow rate of the fluid to be measured is desired. In this case, in the conventional technique, it is necessary to provide a density meter separately from the pressure detection element, and it is necessary to perform a design in consideration of the installation position and the like, and the cost is high.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a vortex flowmeter sensor capable of detecting the density of the fluid to be measured, and the volume flow rate of the fluid to be measured using the vortex flowmeter sensor. Alternatively, an object is to provide a vortex flowmeter for measuring a mass flow rate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is constituted by the following technical means.
The first technical means is a vortex flowmeter sensor for detecting the density of the fluid to be measured and the alternating differential pressure accompanying the vortex generator in the vortex flowmeter, and has the same natural frequency and the area of the pressure receiving portion. Two different vibration members, resonance drive means for driving each vibration member to resonate, and two detection elements for detecting the force received by each vibration member, and each vibration member by the resonance drive means. Is vibrated at a resonance frequency corresponding to the density of the fluid to be measured, and the density of the fluid to be measured is calculated based on the resonance frequency, and the vibration member is measured by the output signal of both or one of the two detection elements. It is characterized by detecting an alternating differential pressure received from a measurement fluid.
[0013]
According to a second technical means, in the first technical means, the resonance driving means vibrates the two vibration members and a corresponding detection element or one of the vibration detecting elements to vibrate until the vibration driving elements resonate. And a feedback circuit that feeds back a signal detected by the detection element to a corresponding vibration drive element.
[0014]
According to a third technical means, in the first or second technical means, the vibration member having the larger area of the pressure receiving portion is referred to the output signal of the detection element corresponding to the vibration member having the smaller area of the pressure receiving portion. The alternating pressure difference received from the fluid to be measured by the vibrating member is detected from the output signal of the corresponding detection element.
[0015]
According to a fourth technical means, in any one of the first to third technical means, the resonance driving means vibrates the two vibration members in directions opposite to each other.
[0016]
A fifth technical means is any one of the first to fourth technical means, wherein the two vibrating members have two diaphragms forming a tuning fork shape.
[0017]
A sixth technical means is the fifth technical means characterized in that the two tuning-fork type diaphragms are obtained by connecting the tip portions of both diaphragms to each other.
[0018]
A seventh technical means is the fifth or sixth technical means, wherein the two tuning-fork type diaphragms are: Fluid contact It is intended to be provided in a flow path having the same area and having the width of the front surface of the two diaphragms, and the wall surface of the flow path is in the vicinity of the side surface of one diaphragm, and the other It is characterized by having a detour for circulating the fluid to be measured through the diaphragm.
[0019]
An eighth technical means is any one of the first to fourth technical means, characterized in that the two vibration members are double vibration tube type members having the same fixed end. .
[0020]
A ninth technical means is the eighth technical means characterized in that the double-vibration tube-type member is formed by connecting the tip of the inner vibration tube to the inner wall of the outer vibration tube.
[0021]
A tenth technical means according to any one of the first to fourth technical means, wherein the two vibrating members are two members connected in series with a common fixed portion as a boundary, one of which is a fluid to be measured. The other is in contact with the fluid to be measured. Non It is characterized by being used for contact.
[0022]
The eleventh technical means is characterized in that, in the tenth technical means, the two serial members have the resonance driving means in the fixed portion.
[0023]
A twelfth technical means according to any one of the first to fourth technical means is characterized in that the two vibration members are torsional vibration type members having a common vibration axis.
[0024]
In a thirteenth technical means according to the twelfth technical means, the torsional vibration type member has a fluid partition portion that covers the tip of the member so as to allow torsional vibration and partitions the fluid to be measured. The member has a fluid introduction part that divides the member into two at the position of the vibration axis of the member and introduces a fluid to be measured.
[0025]
A fourteenth technical means is provided in the flow tube through which the fluid to be measured flows, facing the flow, has a pressure chamber inside, and further communicates with the outside to be in contact with the fluid to be measured, and has a fluid pressure in the pressure chamber. A vortex flowmeter having a vortex generator having a pressure introduction hole for introducing a vortex flowmeter sensor in any one of the first to thirteenth technical means in the pressure chamber; Is a vortex flowmeter comprising a calculator for calculating the volume flow rate of the fluid to be measured from the output signals of the two detection elements.
[0026]
A fifteenth technical means is the fourteenth technical means, wherein the calculator calculates the mass flow rate of the fluid under measurement based on the volume flow rate of the fluid under measurement and the density of the fluid under measurement calculated from the resonance frequency. It is characterized by calculating.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) is a vertical sectional view of the vortex flowmeter sensor, and FIG. It is arrow BB sectional drawing of A). FIG. 1C is a diagram showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor, and is a cross-sectional view corresponding to FIG.
[0028]
A vortex flowmeter sensor (also referred to as a detector) according to an embodiment of the present invention is a sensor for detecting a density of a fluid to be measured and an alternating differential pressure associated with a vortex generator. Means and two detection elements are provided. Since the detection element is an element intended to detect an alternating differential pressure or a stress caused by the vortex generator, it is hereinafter referred to as a pressure detection element.
[0029]
The two vibration members have the same natural frequency under the same conditions such as the density and temperature of the medium to be contacted (for example, the natural frequency is the same in the medium to be measured, air, and water in the standard state), and It is a member formed so that the fluid contact area of the pressure receiving portion is different, and is a member that is vibrated by the resonance driving means. As the two vibrating members, an elastic base material may be used in whole or in part.
[0030]
Further, as shown in FIG. 1, the two vibrating members have a common fixed end, and are provided with two diaphragms 18a and 18b in the distal direction (downward here) of the main body 13 of the vortex flowmeter sensor 10. The vibration transmission shafts 12a and 12b are connected to each other, and the vibration transmission shafts 12a and 12b are fixed to a lid portion 11 as a common fixed end. The vortex flowmeter sensor body 13 includes shaft insertion holes 13a and 13b for inserting the vibration transmission shafts 12a and 12b, respectively. In FIG. 1, the two vibrating members are tuning fork type members (having two tuning fork type diaphragms 18 a and 18 b) having the same fixing point. Further, in this example, as shown in FIG. 1 (B), in order to measure the alternating differential pressure received from the fluid to be measured, a vibrating member having a small fluid contact area (pressure receiving area) is disposed on the front side receiving the pressure, A vibrating member having a large fluid contact area is disposed on the back side. In the present invention, the pressure is basically detected from the force received by one vibration member (the member having the larger pressure receiving area), but it is also preferable to detect the force received by the smaller member in order to cancel external vibration. . Here, the fluid contact area basically refers to the area of the surface where the fluid to be measured contacts and applies pressure to each vibration member, and in this configuration example, the area of the front side surface of the diaphragms 18a and 18b. . In this regard, the area here is not limited to the physical area of the vibration member, but can be said to be an area that the vibration member can receive pressure on the structure around the vibration member, and is also referred to as an area of the pressure receiving portion. In addition, FIG. 1B shows an example in which the diaphragms 18 a and 18 b are provided in the pressure chamber in the pressure guide hole 5 of the vortex generator 2. The vibration applied to the vibration member will be described later together with the description of the resonance driving means.
[0031]
The two pressure detection elements are elements that respectively detect the force received by each vibration member, and examples thereof include a piezoelectric element and a strain gauge that are bonded to each vibration member. As will be described later, the pressure detection element actually detects the output signal here as a result of the vibration driven by the resonance driving means and the signal generated by the pressure received by the vibration member from the fluid to be measured. Signal. In FIG. 1, piezoelectric elements 15a and 15b fixed by piezoelectric element fixing plates (also referred to as piezoelectric element fixing frames) 14a and 14b are taken as an example. The piezoelectric element fixing plates 14a and 14b are fixed to the vibration transmission shafts 12a and 12b, respectively, and are described as continuous fixing plates here, but may be separate fixing plates.
[0032]
The resonance driving means is means for driving each vibrating member to resonate, and it is necessary that the resonance frequency can be detected by the means or other means. Since the natural vibration of an object that freely vibrates depends on the density of the object and the density of other substances (here, the fluid to be measured) attached to the object, the vibration member placed in the fluid to be measured using this principle Measure the natural frequency of to know the density. As the resonance driving means, a single piezoelectric vibrator that vibrates by itself may be used. The resonance driving means drives the vibrating member to a natural vibration state by self-excited oscillation, and detects the natural frequency (resonance frequency). Thus, a density signal may be obtained. Further, the resonance driving means may be configured to have a vibration driving element and a feedback circuit, and FIG. 1 shows this example (however, the feedback circuit is not shown).
[0033]
The vibration drive element is an element that vibrates each vibration member, and it is sufficient that a total of two (or two sets) of vibration drive elements or one common vibration drive element is provided. In the configuration example of FIG. 1, bimorph type piezoelectric actuators (hereinafter simply referred to as bimorphs) 17a and 17b are fixed to bimorph fixing pieces 16a and 16b capable of transmitting vibrations as examples of vibration driving elements, and vibration transmission shafts ( (It can also be called a diaphragm drive shaft) 12a and 12b. Note that the vibration drive element is expressed as an element in order to output a resonance frequency as a density signal, but may be configured by a magnet and an excitation coil as described later.
[0034]
The feedback circuit converts the vibration signal detected by each pressure detection element or other means (extracting a signal related to forced vibration from the output signal) to the corresponding vibration drive element. Feedback is given to oscillate until resonance occurs. Alternatively, the feedback circuit causes the vibration signal detected by one of the pressure detection elements to vibrate to both vibration drive elements (or the vibration drive element in the case of only one) until the vibration drive element resonates. Give feedback. Alternatively, vibrations at the vibration transmission shafts 12a and 12b or the diaphragms 18a and 18b are detected by other means, a signal related to forced vibration is extracted, and the vibration drive element of the vibration drive element is detected until the signal indicates a resonance state. The vibration frequency may be increased.
[0035]
As described above, the vortex flowmeter sensor according to the present invention calculates the density of the fluid to be measured based on the resonance frequency by causing each vibration member to vibrate at the resonance frequency corresponding to the density of the fluid to be measured by the resonance driving unit. The alternating differential pressure received from the fluid to be measured by the vibrating member is detected by the output signal of at least one of the two pressure detection elements.
[0036]
Further, in the vortex flowmeter sensor according to the present invention, the pressure receiving portion (pressure detecting portion) is based on the output signal of the pressure detecting element corresponding to the vibration member having the smaller fluid contact area of the pressure receiving portion (also referred to as pressure detecting portion). The alternating differential pressure received from the fluid to be measured by the vibration member may be detected from the output signal of the pressure detection element corresponding to the vibration member having the larger fluid contact area.
[0037]
With reference to FIG. 1 (C), the form when the fluid contact areas of the two tuning-fork type diaphragms 18a and 18b are the same will be described. The reason why the fluid contact areas of the two diaphragms are made different in the above configuration example is to give a difference in the pressure applied to the individual diaphragms by the fluid to be measured, which is illustrated in FIG. It can also be realized with the configuration as in C). In other words, the vortex flowmeter sensor 10 having the diaphragms 18a ′ and 18b ′ is provided in the flow path 6 having a width L substantially the same as the width of the front surface of the diaphragm 18a ′ (the width of the diaphragm 18b ′ is also the same). Shall. However, the wall surface of the flow path 6 is formed so as to have a detour (recess) 7 for allowing the fluid to be measured to flow to the other diaphragm 18b 'at the rear stage near the side surface of one diaphragm 18a'. It is necessary to keep.
[0038]
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining detection of density and alternating pressure difference in the vortex flowmeter sensor of FIG. FIG. 2A is a schematic diagram of the vortex flowmeter sensor main body 10, in which the diaphragms 18a and 18b are simply illustrated. FIG. 2B is a sectional view taken along the line BB in FIG. These are figures for demonstrating the position at the time of each non-pressure receiving of each diaphragm 18a, 18b.
[0039]
As shown in FIG. 2C, the diaphragms 18a and 18b are driven by the bimorphs 17a and 17b, respectively, at the time of non-pressure reception and at the time of pressure reception, and are sine-vibrated vertically on the paper surface. While the amplitude is constant when pressure is not received, the vibration plate 18b having a larger fluid contact area is more than the diaphragm 18a having a smaller fluid contact area when receiving pressure due to the flow from the direction of the arrow in FIG. Since the pressure increases, the vibration of the diaphragm 18b shifts downward in the drawing. It should be noted that the external force is irregular and usually does not always shift simply. Of course, the vibration of the diaphragm 18a is also shifted at the time of receiving pressure, but it can be canceled together with extra vibration from the outside to the vortex flowmeter sensor 10, so that the position of the diaphragm 18a in FIG. Is shown with no shift even during pressure reception. In the present invention, it is not necessary to provide two vibration members if there is no extraneous vibration from the outside, but since there is no possibility that there is actually no extraneous vibration from the outside, two vibration members are provided. Is configured to cancel out.
[0040]
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining wiring of piezoelectric elements in the vortex flowmeter sensor of FIG.
3A, 3B, and 3C show the positions of the diaphragms 18a and 18b and the outputs of the piezoelectric elements 15a and 15b in the resonance driving state, and FIGS. 3D and 3E. Indicates the positions of the diaphragms 18a and 18b and the outputs of the piezoelectric elements 15a and 15b when receiving external vibration. The resonance driving means illustrated in FIG. 3 is configured to vibrate two vibrating members in directions opposite to each other. That is, in this example, the bimorphs 17a and 17b are driven so as to vibrate the diaphragms 18a and 18b in opposite directions, respectively. However, when two diaphragms are used as the vibrating member, the positions of the wiring and the piezoelectric element are used. In consideration of the above, it is possible to adopt a form that vibrates in the same direction. In FIG. 3, only the piezoelectric elements 15a and 15b provided outside the diaphragms 18a and 18b are illustrated. However, depending on the structure of the vortex flowmeter sensor, a piezoelectric element may be provided inside. .
[0041]
As described above, the piezoelectric elements are arranged at two locations in order to remove the influence of external vibration (such as pipe vibration). As shown in FIGS. 3D and 3E, when external vibrations in the same direction are applied to the piezoelectric elements 15a and 15b arranged at two places, the generated charges are wired so as to cancel each other. As shown in FIGS. 3A and 3C, a signal is output when the two piezoelectric elements 15a and 15b vibrate in a relatively reverse direction or when a difference in amplitude occurs between the piezoelectric elements. ing.
[0042]
4A and 4B are diagrams for explaining detection signals output from the vortex flowmeter sensor of FIG. 1. FIG. 4A is a signal waveform when pressure is not received, and FIG. 4B is a signal waveform when pressure is received. 4 (C) shows a waveform obtained by rectifying the signal shown in FIG. 4 (B), and FIG. 4 (D) shows a signal waveform obtained by extracting an alternating differential pressure (pressure change) from the signal shown in FIG. 4 (C). Show.
[0043]
Referring to FIG. 4, the pressure detection signal is illustrated by taking as an example the case where the vortex flowmeter sensor according to the present invention is applied to the vortex flowmeter and exemplifying the vortex flowmeter sensor described in FIGS. 1 to 3. (Here, the flow rate detection signal) will be described. First, when there is no flow, the diaphragms 18a and 18b are forced to vibrate by the bimorphs 17a and 17b, and the signal S ₀ Only vibrations at natural frequencies such as are detected as sinusoidal detection signals (FIG. 4A). Since the diaphragms 18a and 18b are driven by natural vibration proportional to the density of the liquid or gas that is in contact with the liquid, the frequency may be used as a density detection signal.
[0044]
However, when a flow is added to this, a Karman vortex is generated downstream by the vortex generator 2, and an alternating differential pressure due to the Karman vortex acts on the diaphragms 18a and 18b (particularly the diaphragm 18b) through the pressure guide holes 5, Signal S ₀ A detection signal S is detected such that the center of vibration causes sinusoidal vibration (FIG. 4B). By rectifying the detection signal S, the signal S _I (FIG. 4C), and a demodulated signal (flow rate detection signal) S, which is an alternating waveform due to vortices, by applying a bias thereto. _Q Is obtained (FIG. 4D). Actually, the detection signal S (signal S ₀ The density detection signal (signal S) ₀ The flow rate (pressure) and the density may be detected separately for a signal having a waveform similar to the above and a flow rate detection signal. Further, the density detection signal may be detected simply by the frequency of the bimorphs 17a and 17b. In this case, the flow rate detection signal S is obtained by subtracting the density detection signal from the detection signal S. _Q May be obtained.
[0045]
As described above, the vortex flowmeter sensor according to this configuration example includes two diaphragms that vibrate at a resonance frequency, and the diaphragm on one side has a slightly wider width and can directly cope with an alternating pressure difference. ing. Further, the two shafts are resonantly driven by the sensor structure and bimorph, and the vibration is transmitted to the two diaphragms. Since this diaphragm is driven by natural vibration proportional to the density of the liquid or gas that is in contact with the liquid, its frequency is used as a density detection signal. In order to detect the alternating differential pressure, the two diaphragms have a difference in width, and the wide diaphragm on one side changes the amplitude in response to the differential pressure. The diaphragm 18a is not affected by the differential pressure and has a constant amplitude, but the diaphragm 18b receives the pressure and changes its amplitude. In the present configuration example, the vibration part is preferably a left-right symmetric diaphragm in order to adopt a tuning fork method, but the differential pressure detection may be performed by the diaphragm 18b on one side having a large width. However, it is necessary to adjust the thickness and shape of the two diaphragms so that the amplitudes are the same when there is no alternating pressure difference (when there is no flow) to maintain a balanced vibration. The diaphragm adjusted in this way can maintain an equilibrium state with respect to external force such as pipe vibration. The signal output from the piezoelectric element can be processed by differential amplification or other signal processing. However, since the noise problem cannot be solved, the detection signal (diaphragm resonance wave signal) is detected here, and after DC amplification, the vortex signal is detected. Signal processing such as outputting is preferably performed.
[0046]
FIG. 5 is a diagram for explaining another configuration example of the vortex flowmeter sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 5A is an application example of the vibrating member shown in FIGS. FIGS. 5B and 5C show other application examples, respectively.
In FIG. 1, the vortex flowmeter sensor 10 including two tuning-fork type diaphragms 18a and 18b having the same fixing point as the two vibrating members is illustrated. However, as shown in FIG. The diaphragms 18a and 18b may connect the tip portions of both diaphragms to each other. If the tip part is not connected, the frequency of the diaphragm is not higher than the frequency of the alternating differential pressure, which will cause a problem in signal detection. By fixing the tip part, it is possible to raise the vibration frequency. Become. FIG. 5A shows an example in which connection is made by a leaf spring 19 and an example in which the tip is fixed by a fixing portion 19 ′. Although not shown, the diaphragm 18b in FIG. 5 (A) may be shaped to extend downward in the drawing.
[0047]
FIG. 5B illustrates a vortex flowmeter sensor 21 in which the left and right diaphragms 22a and 22b apply a parallel vibration method. The widths of the diaphragms 22a and 22b are changed below the middle plate. As the diaphragm, those having different widths throughout the diaphragm, such as the diaphragms 23a and 23b, or those having their tips fixed by the fixing portion 24 may be employed.
[0048]
FIG. 5C shows a schematic diagram of a vortex flowmeter sensor 25 that employs a vibrating portion having a cylindrical plate. The diaphragms 26a and 26b may be formed by making the diameters different from each other or making the shape of the tip portion different. Similarly, as the diaphragms 26a and 26b, those having their tips connected by a leaf spring 29, or those having their tips fixed by a fixing portion 29 'and having no split groove may be employed.
[0049]
6A and 6B are diagrams showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor according to the embodiment of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view of the vortex flowmeter sensor, and FIG. It is arrow BB sectional drawing of A).
The other configuration example described with reference to FIG. 6 is basically the same as the configuration example of FIG. 1 except that the positions of the BB cross sections are different, and the resonance drive unit and the pressure detection unit are described in detail. Listed for explanation. In FIG. 6, 30 is a vortex flowmeter sensor, 31 is a lid, 32a and 32b are vibration transmission shafts, 33 is a vortex flowmeter sensor body, 34a and 34b are piezoelectric element fixing plates, 35a and 35b are piezoelectric elements, 36a, Reference numeral 36b denotes a bimorph fixing piece, 37a and 37b denote bimorphs, and 38a and 38b denote diaphragms. These components have the same functions as the corresponding components in the configuration example of FIG.
[0050]
The vortex flowmeter sensor body 33 includes shaft insertion holes 33a and 33b for inserting the vibration transmission shafts 32a and 32b, respectively. In addition, in the recess of the vortex flowmeter sensor body 33, a vibration drive element fixing plate 39 formed integrally with the lid portion 31 is provided with bimorph fixing pieces 36a, 36b to which the bimorphs 37a, 37b are fixed, and main portions 39a, It is configured to be fixed at the bottom 39b. The bimorphs 37 a and 37 b are also fixed by the side surfaces 39 c and 39 d of the vibration element fixing plate 39. In FIG. 6, reference numeral 38c denotes a split groove between the diaphragms 38a and 38b, and reference numeral 40 denotes a tip having various shapes as shown in FIG.
[0051]
Here, an application example of the vortex flowmeter sensor according to the present embodiment to the vortex flowmeter will be described in detail.
The vortex flowmeter according to the present invention is provided in a flow pipe through which a fluid to be measured flows so as to face the flow, has a pressure chamber inside, and further communicates with the outside to be in contact with the fluid to be measured. A vortex generator having a pressure introducing hole for introducing a fluid pressure, a vortex flowmeter sensor according to the present invention in the pressure chamber, and a calculation for calculating the volume flow rate of the fluid to be measured from the output signals of the two pressure detection elements A vessel may be provided. That is, the vortex flowmeter sensor according to the present invention may be provided in the differential pressure introducing section. In this case, the vortex flowmeter sensor can be said to be a density / flow rate sensor for the vortex flowmeter. In addition to FIG. 1 etc., you may install the vortex flowmeter sensor which concerns on this invention in the state like FIG.14 (B).
[0052]
Further, the calculator may calculate the mass flow rate of the fluid to be measured based on the volume flow rate of the fluid to be measured and the density of the fluid to be measured calculated from the resonance frequency. The meter can be used as a mass flow meter. The piezoelectric sensor currently used based on the conventional technology measures the volume flow rate by detecting the number of alternating differential pressure (also called vortex fluctuation differential pressure) due to Karman vortex, but does not measure density. As in the present invention, by providing a vibration drive unit and a flow rate signal detection unit using a piezoelectric element in the vortex flowmeter sensor main body so as to perform density detection and flow rate detection simultaneously, density detection can be performed simultaneously with flow rate detection. Therefore, mass flow measurement can be performed.
[0053]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, for explaining the detection of density and alternating differential pressure in a double vibrating tube vortex flowmeter sensor. It is a schematic diagram. FIG. 7A schematically shows a double vibrating tube as a schematic diagram of the vortex flowmeter sensor main body, and FIG. 7B shows internal and external vibrations during non-pressure receiving and pressure receiving in the cross section taken along the line BB. It is a figure for demonstrating the position of a pipe | tube. FIG. 7 is a schematic diagram corresponding to the schematic of FIG.
[0054]
As the vortex flowmeter sensor according to the present invention, a double vibrating tube type vibrating member may be used, and this embodiment will be described here. That is, the two vibration members described above may be double vibration tube type members having the same fixed end. In the vortex flowmeter sensor 50 shown in FIG. 7, an inner cylinder 53 is provided in an outer cylinder 52 with the main body 51 as a fixed end. 7B, the positions of the outer cylinder 52 and the inner cylinder 53 as indicated by the solid line when no pressure is received, as shown by the left and right resonance drive means and the maximum value of the external pressure. 53 is the same position, but the outer cylinder 52 changes (shifts) in time amplitude to a position represented by a dotted line. The inner cylinder 53 is an internal tube and is not affected by pressure, so the amplitude is constant and does not shift. Therefore, when the space between the inner and outer vibrating tubes 52 and 53 is affected by pressure, the side receiving the pressure becomes narrower.
[0055]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, and shows a configuration example of a vortex flowmeter sensor using a double vibrating tube type member as shown in FIG. FIG. 8A is a vertical sectional view of the vortex flowmeter sensor, FIG. 8B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 8A, and FIG. 8C is a sectional view in FIG. 8A. It is CC sectional drawing. FIG. 8D is a view for explaining the vibration state of the vortex flowmeter sensor, and is a view schematically showing the lower part of FIG. 8A.
[0056]
In the configuration example described with reference to FIG. 8, the vortex flowmeter sensor 50 is an outer vibration tube that can generate a pressure receiving portion as two vibration members having the same natural frequency and different fluid contact areas of the pressure receiving portion. (Also referred to as an outer cylinder) 52 and an inner vibration pipe (also referred to as an inner cylinder) 53 that is concentrically housed inside the outer vibration pipe 52 and cannot generate a pressure receiving portion are connected to the main body 51 with the same fixed end. The piezoelectric vibration driving elements such as the bimorph 56 vibrate each other. The bimorph 56 is provided so as to contact the inner wall in the radial direction of the outer vibrating tube 52 and to contact the center of the upper portion 57 of the inner vibrating tube 53. Further, as a double vibrating tube type member, the tip of the inner vibrating tube 53 (the lower end in FIG. 8) may be connected to the inner wall of the outer vibrating tube 52 to raise the vibration frequency. In FIG. 8A, a hollow is provided in the lower end portion of the inner vibration tube 53, but this is one of the ideas made for the purpose of matching the natural frequency with the outer vibration tube 52.
[0057]
The vortex flowmeter sensor 50 includes pressure detection elements such as piezoelectric elements 55a and 55b. The piezoelectric elements 55a and 55b are fixed to the piezoelectric element fixing plates 54a and 54b, respectively. The piezoelectric element fixing plates 54a and 54b are respectively one end of the outer vibration tube 52 which is one of the vibration members and the inner vibration tube. The piezoelectric elements 55a and 55b can detect the strain between the outer vibrating tube 52 and the inner vibrating tube 53 by bridging one end of the radial side of 53. The wirings of the piezoelectric elements 55a and 55b and the bimorph 56 are taken out from the wiring hole 58 to the outside.
[0058]
As shown in FIG. 8D, the distance between the inner and outer vibrating tubes 52 and 53 becomes narrower on the side receiving the pressure when affected by the pressure. The calculation of the density of the fluid to be measured, the detection of the alternating differential pressure by the fluid to be measured received by the vibrating member, and the application to the vortex flowmeter can be applied by appropriately changing the one described in FIGS. Therefore, the description thereof is omitted.
[0059]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, FIG. 9A is a vertical sectional view of the vortex flowmeter sensor, and FIG. 9B is FIG. (A) arrow BB sectional drawing, FIG.9 (C) is a figure for demonstrating the vibration state of a vortex flowmeter sensor, and is the figure which showed FIG. 9 (A) typically. The vortex flowmeter sensor described in FIG. 9 basically uses the principle of the vortex flowmeter sensor shown in FIG. 1 (but not a tuning fork type), one of the two vibrating members is in contact with the fluid to be measured, and the other It is a sensor that does not touch.
[0060]
In the configuration example described with reference to FIG. 9, the vortex flowmeter sensor 60 has lower vibrations that can occur in the pressure receiving portion as two vibrating members having the same natural frequency and different fluid contact areas in the pressure receiving portion. The pipe 62a and the upper vibrating pipe 62b, which is connected in series with the lower vibrating pipe 62a fixed part (which can be said to be the main body of the vortex flowmeter sensor) 61 and cannot generate a pressure receiving portion, are the common fixing part 61. Connected and configured. Although the two vibrating tubes are described as being up and down, it goes without saying that depending on their usage, the top and bottom may be reversed or they may be installed in other directions such as left and right. For contact with a fluid, the other is in contact with the fluid to be measured. Non Anything may be used as long as it is used for contact. Further, in the present embodiment, it should be noted that the two vibrating members that vibrate in directions opposite to each other cannot be adopted. Further, although not described in detail, as another configuration example, an upper diaphragm and a lower diaphragm may be used instead of the upper diaphragm and the lower diaphragm.
[0061]
A common vibration transmission shaft 63 is provided inside the lower vibration tube 62a and the upper vibration tube 62b so that both ends thereof are in contact with the inner walls of the lower vibration tube 62a and the upper vibration tube 62b. Further, the vibration transmission shaft 63 is driven by a vibration drive element such as a magnet 66a and an excitation coil 66b as an example of a resonance drive means provided at the center of the vibration transmission shaft 63, so that the lower portion is centered on the fixed portion 61. The side vibration tube 62a and the upper vibration tube 62b are configured to vibrate (vibrates left and right in FIG. 9) with their both ends as the maximum vibration width. The excitation coil 66 b is provided so as to be in contact with the inner wall of the fixed portion 61, and so that the magnet 66 a is in contact with the longitudinal center portion of the vibration transmission shaft 63. In FIG. 9A, the vibration transmission shaft 63 is shown as a rod-like one, but a cylindrical one with a hollow inside may be adopted. The vibrating tube 62a on the side that contacts the fluid to be measured (illustrated on the lower side) and the vibrating tube 62b on the side that does not contact the fluid to be measured (illustrated on the upper side) fluid Since it can be seen that the contact areas are different, it can be said that it is similar to the type of vibration tube having the two vibration members described in FIGS.
[0062]
The vortex flowmeter sensor 60 includes pressure detection elements such as piezoelectric elements 65a and 65b. The piezoelectric elements 65a and 65b are fixed to the piezoelectric element fixing plates 64La and 64Lb, respectively, and the piezoelectric element fixing plates 64La and 64Lb are fixed to the inner walls of the lower vibration tube 62a and the upper vibration tube 62b, respectively. Here, as the piezoelectric element fixing plates 64La and 64Lb, L-shaped piezoelectric element fixing pieces connected to the lower vibration tube 62a side and the upper vibration tube 62b side of the inner wall of the fixing portion 61 are illustrated. The piezoelectric elements 65a and 65b are connected to the vibration transmitting piece 67 via the piezoelectric element fixing pieces 64a and 64b connected to the opposite sides of the piezoelectric element fixing plates 64La and 64Lb, respectively. The vibration transmission piece 67 is provided in contact with the periphery of a part of the vibration transmission shaft 63. As a result, the piezoelectric elements 65a and 65b are distorted with respect to the vibration transmission shaft 63 of the lower vibration tube 62a and the upper vibration tube 62b, respectively. It is possible to detect.
[0063]
The upper and lower vibrating tubes 62a and 62b are connected to the fluid to be measured. fluid Different contact areas , Only the lower side receives pressure from the fluid to be measured Like As shown in FIG. 9C, when the pressure is affected, the vibration (angle θ) of the vibration tube (lower vibration tube 62a) on the pressure-receiving side is affected. ₁ ) Of the vibration tube (upper vibration tube 62b) on the side not receiving pressure (angle θ) ₂ ). That is, by receiving the pressure by the fluid to be measured, the axis inclination is different between the upper and lower vibrating tubes. Based on this difference, the alternating differential pressure is detected. In addition, when the pressure by the fluid to be measured is not received, the upper and lower vibrating tubes have the same shaft inclination. In addition, regarding the calculation of the density of the fluid to be measured, the detection of the alternating differential pressure by the fluid to be measured received by the vibrating member, and the application to the vortex flowmeter, the one described in FIGS. 1 to 6 can be changed as appropriate. The description is omitted.
[0064]
FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, and is a diagram showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor using the member as shown in FIG. FIG. 10A is a vertical sectional view of the vortex flowmeter sensor, and FIG. 10B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 10A. Note that the vortex flowmeter sensor described in FIG. 10 basically uses the principle of the vortex flowmeter sensor of FIG. 9 and has one of two vibrating members in contact with the fluid to be measured and the other not in contact with the fluid to be measured. However, the installation method of the pressure detection element is different from that of FIG.
[0065]
In FIG. 10, 70 is a vortex flowmeter sensor, 71 is a fixing portion (sensor body), 72a is a lower vibration tube, 72b is an upper vibration tube, 73 is a vibration transmission shaft, 74a and 74b are piezoelectric element fixing plates, 75a, 75b denotes a piezoelectric element, 76a denotes a magnet, 76b denotes an excitation coil, and 77 denotes a vibration transmitting piece. These components have the same functions as the corresponding components in the configuration example of FIG. . However, in the configuration example described with reference to FIG. 10, the vortex flowmeter sensor 70 includes a piezoelectric element fixing plate 74a instead of the L-shaped piezoelectric element fixing pieces 64La and 64Lb and the piezoelectric element fixing plates 64a and 64b in FIG. 74b are used to fix the piezoelectric element. Further, at both ends of the lower vibration tube 72a and the upper vibration tube 72b, tip portions 78a and 78b having narrow widths in the vibration direction are provided. In addition, a vibration tube protector (which can be said to be a vibrating body protection cylindrical cover in the case of a cylindrical shape) 79 is provided at the distal end portion 78b of the upper vibration tube 72b in a non-removable or removable manner. When the vibration tube protector 79 is detachably provided, either side of the vibration tubes 72a and 72b can be a side in contact with the fluid to be measured.
[0066]
The vibration transmission shaft 73 is driven by a vibration drive element such as a magnet 76a and an excitation coil 76b as an example of a resonance drive means provided at the center of the vibration transmission shaft 73, so that the lower vibration is centered on the fixed portion 71. The tube 72a and the upper vibration tube 72b are configured to vibrate (vibrates left and right in FIG. 10) with their both ends (portions on the fixed portion 71 side of the tip portions 78a and 78b) as the maximum swing width. The piezoelectric elements 75a and 75b are fixed to the piezoelectric element fixing plates 74a and 74b, respectively. The piezoelectric element fixing plates 74a and 74b are fixed to the inner walls of the lower vibration tube 72a and the upper vibration tube 72b, respectively. . Here, as the piezoelectric element fixing plates 74a and 74b, piezoelectric element fixing pieces connected to the lower vibration pipe 72a side and the upper vibration pipe 72b side of the inner wall of the fixing portion 71 and connected to the vibration transmission piece 77 are illustrated. is doing. The vibration transmission piece 77 is connected to the vibration transmission shaft 73. As a result, the piezoelectric elements 75a and 75b can detect the distortion of the lower vibration tube 72a and the upper vibration tube 72b with respect to the vibration transmission shaft 73, respectively. It is said. Further, the calculation of the density of the fluid to be measured, the detection of the alternating differential pressure by the fluid to be measured received by the vibrating member, and the application to the vortex flowmeter can be applied by appropriately changing the one described in FIG. Yes, the description is omitted.
[0067]
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, and is a schematic diagram for explaining detection of density and alternating differential pressure in a torsional vibration type vortex flowmeter sensor. It is. FIG. 11A schematically shows a torsional vibration type vibration body as a schematic diagram of the vortex flowmeter sensor body, and FIG. 11B shows a non-pressure-receiving state and a pressure-receiving state in the cross section taken along the line BB. FIG. 11C is a view for explaining the position of the vibrating body, and FIG. 11C is a view showing only the vibrating body extracted in FIG. 11B. FIG. 11 is a schematic diagram corresponding to the schematic diagram of FIG.
[0068]
As the vortex flowmeter sensor according to the present invention, a torsional vibration type vibration member can also be used, and this embodiment will be described here. That is, the two vibration members described above may be torsional vibration members having a common vibration axis. In the vortex flowmeter sensor 80 shown in FIG. 11, the vibration tube 82 is torsionally oscillated around the vibration shaft 83, and the vibrating body 88 provided as a tip portion of the vibration tube 82 is also a shaft 83 ′ on the extension of the vibration shaft 83. Torsional vibration with at the center (at least on the fixed end side). However, the above-described common vibration axis refers to the central axis 83 ′ of the vibration body 88 provided as the tip portion, and strictly speaking, the vibration body 88 is twisted around the center axis 83 ′ at the tip portion. It should be noted that this is not done.
[0069]
The vibrating body 88 can be said to be one vibrating body from this shape, but in the present specification, the left and right vibrating bodies 88a (FIG. 11) are defined with the central axis 83 'as a boundary, assuming that the left and right sides respectively correspond to one vibrating member. (B) and (C) are described as the upper part) and the right vibrating body 88b (also the lower part). The distal end portion 88 can be divided into a left vibrating body (referred to as the distal end pressure receiving side) 88a and a right vibrating body (referred to as the distal end non-pressure receiving side) 88b, with the central axis 83 'as a boundary. Therefore, each of the left side and the right side is considered as an individual vibration member. In this specification, the vibration member is described separately for the pressure receiving side and the non-pressure receiving side. However, there is usually some pressure reception on the non-pressure receiving side, and the pressure receiving side and the non-pressure receiving side. It is assumed that no pressure is received when the fluid to be measured is not flowing.
[0070]
However, when the vibrating body 88 is a right and left object, the pressure by the fluid to be measured is equally applied to both sides of the vibrating body 88 (the left vibrating body 88a and the right vibrating body 88b). It is necessary to make the pressure from the fluid to be measured different from each other on both the left and right sides of the vibrating body 88. That is, the pressure receiving part by some means Face of The products need to be different. In this respect, the area here is not limited to the physical area of the vibration member, but can be said to be an area where the vibration member can receive pressure due to the structure around the vibration member. Therefore, for example, the torsional vibration type member has a fluid partition part (collar 91) that covers the tip of the member so as to allow torsional vibration and partitions the fluid to be measured, and the fluid partition part (collar 91) is a vibration axis of the member. The member may be divided into two at the position 83 ′, and a fluid introduction part (V-shaped shielding part 92 and windows 93 a and 93 b) for introducing the fluid to be measured may be provided. In the collar 91 illustrated in FIG. 11B, windows 93a and 93b are provided to allow inflow of the fluid to be measured, that is, pressure response by the fluid to be measured.
[0071]
The vibrating body 88 resonates and vibrates in the direction indicated by the arrowed arc (solid line, broken line) in FIGS. 11B and 11C, but the tip end pressure receiving side 88a is actually in FIG. ) The resonance vibration shifts in the direction indicated by the arc with the arrow (solid line) (angle θ _Three ). However, the tip end non-pressure-receiving side 88b is not easily affected by pressure and may actually shift (shown as a shift angle 0), but there is a difference in the amount of shift. In other words, the amplitude of vibration is small when torsionally vibrates toward the pressure-resistant side, and large when vice versa. Angle θ _Three This difference, which is actually expressed as a value obtained by subtracting the shift angle of the tip non-pressure receiving side 88b from here, may be detected by the pressure detection element.
[0072]
12 is a diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, and a diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor using a torsional vibration type member as shown in FIG. is there. 12A is a vertical cross-sectional view of the vortex flowmeter sensor, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1A. FIG. 12C is a diagram showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor, and is a cross-sectional view corresponding to FIG. Moreover, FIG. 13 is a figure for demonstrating the sensor installation method, showing the cross section of the front-end | tip part of the vortex flowmeter sensor of FIG.
[0073]
In the configuration example described with reference to FIGS. 12 and 13, the vortex flowmeter sensor 80 has a distal end portion 88 as two vibration members having the same natural frequency and different fluid contact areas of the pressure receiving portion. . In the distal end portion 88, the main body 81 includes a pressure receiving side distal end portion 88a that can generate a pressure receiving portion and a non-pressure receiving end portion 88b that vibrates on the same axis as the vibration shaft 83 ′ of the pressure receiving side distal end portion 88a and cannot generate a pressure receiving portion. Are connected at the same fixed end (FIG. 13). The distal end portion 88 has a vibration axis (center) formed by vibration drive elements such as piezoelectric ceramics 86a and 86b (FIG. 12B), magnets 86a ′ and 86b ′ and coils 87a ′ and 87b ′ (FIG. 12C). (It can also be called an axis) 83 'is configured to twist and vibrate about 83'. Referring to FIG. 12B, the piezoelectric ceramics 86a and 86b are connected to the pressure receiving side and the non-pressure receiving side of the vortex flowmeter sensor main body 81 via L-shaped vibration drive element fixing plates 81c and 81d, respectively. At the same time, it is connected to the torsional vibration transmission piece 89 (pressure receiving side convex portion 89a, non-pressure receiving side convex portion 89b) via the vibration driving element fixing plates 81c and 81d. The vibration drive element fixing plates 81c and 81d are provided in contact with the inner wall of the main body 81 of the vortex flowmeter sensor 80, and are provided at the center of the vibration transmitting piece 89 having the pressure receiving side convex portion 89a and the non-pressure receiving side convex portion 89b. Is provided with a vibration transmission shaft 83. The vibration transmission shaft 83 extends to the bottom of the inner wall of the vibration tube 82 and the root of the tip 83, and allows the tip 88 to be twisted and oscillated about the center shaft 83 '.
[0074]
Further, the vortex flowmeter sensor 80 includes pressure detection elements such as piezoelectric elements 85a and 85b in the pressure receiving side convex portion 89a and the non-pressure receiving side convex portion 89b, respectively (FIG. 12B). The piezoelectric elements 85a and 85b are fixed to the piezoelectric element fixing plates 84a and 84b, respectively, and the piezoelectric element fixing plates 84a and 84b are respectively connected to the pressure-receiving side convex portions 89a and L via the L-shaped vibration transmission plates 81a and 81b. It is connected to the non-pressure receiving convex portion 89b. The piezoelectric elements 85a and 85b are respectively received by the vibration transmitting piece 89 via the pressure receiving side vibration transmitting plate 81a and the non-pressure receiving side vibration transmitting plate 81b of the vortex flowmeter sensor main body 81 which is a part of the vibrating member. It is possible to detect distortion at the pressure-side convex portion 89a and the non-pressure-receiving-side convex portion 89b. In addition, each part 89, 89a ', 89b' in FIG.12 (C) respond | corresponds to the torsional vibration transmission piece 89 of FIG.12 (B), the pressure receiving side convex part 89a, and the non-pressure receiving side convex part 89b, respectively.
[0075]
The vibrating body (vortex flowmeter sensor tip) 88 guides the collar 91 with the windows 93a and 93b and the V-shaped shielding portion 92 to the vortex generator 2 as shown in FIGS. 13 and 11B and 11C. By being installed in the pressure part 5 or the like, when affected by pressure from one side (upper side in FIG. 13), the amplitude of vibration of the pressure receiving side tip 88a shifts to the right side of the drawing, and the amplitude of vibration of the non-pressure receiving side tip 88b. At this time, a shift smaller than the shift is shifted to the left side of the drawing. The calculation of the density of the fluid to be measured, the detection of the alternating differential pressure due to the fluid to be measured received by the vibrating member, and the application to the vortex flowmeter can be applied by appropriately changing the one described in FIGS. This is possible and will not be described.
[0076]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to detect the density of the fluid to be measured and the alternating differential pressure accompanying the vortex generator without providing a density meter separately from the pressure detection element.
[0077]
Further, according to the present invention, it is possible to provide a vortex flowmeter that measures the volume flow rate or mass flow rate of the fluid to be measured using the vortex flowmeter sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining detection of density and alternating pressure difference in the vortex flowmeter sensor of FIG. 1; FIG.
3 is a schematic diagram for explaining wiring of a piezoelectric element in the vortex flowmeter sensor of FIG. 1. FIG.
4 is a diagram for explaining a detection signal output from the vortex flowmeter sensor of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining another configuration example of the vortex flowmeter sensor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, for explaining detection of density and alternating differential pressure in a double vibration tube type vortex flowmeter sensor; It is a schematic diagram.
8 is a diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, and shows a configuration example of a vortex flowmeter sensor using a double vibrating tube type member as shown in FIG. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, and is a diagram showing another configuration example of the vortex flowmeter sensor using the member as shown in FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a vortex flowmeter sensor according to another embodiment of the present invention, and is a schematic diagram for explaining detection of density and alternating pressure difference in a torsional vibration type vortex flowmeter sensor; It is.
12 is a diagram showing a configuration example of a vortex flow meter sensor according to another embodiment of the present invention, and a diagram showing a configuration example of a vortex flow meter sensor using a torsional vibration type member as shown in FIG. is there.
13 is a diagram for explaining a sensor installation method while showing a cross section of a tip portion of the vortex flowmeter sensor of FIG. 12; FIG.
FIG. 14 is a diagram for explaining an example of a conventional vortex flowmeter sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Vortex generator, 5 ... Pressure-inducing hole, 6 ... Flow path, 7 ... Detour (recessed part), 10 ... Eddy flowmeter sensor, 11 ... Lid part, 12a, 12b ... Vibration transmission shaft (diaphragm drive shaft) , 13 ... body, 13a, 13b ... shaft insertion hole, 14a, 14b ... piezoelectric element fixing plate (piezoelectric element fixing frame) 15a, 15b ... piezoelectric element, 16a, 16b ... bimorph fixing piece, 17a, 17b ... bimorph type piezoelectric actuator (Bimorph) 18a, 18b, 18a ', 18b' ... Diaphragm.

Claims

Two vortex flowmeter sensors for detecting the density of a fluid to be measured and an alternating differential pressure associated with a vortex generator in a vortex flowmeter, wherein the natural frequency is the same and the area of the pressure receiving part is different And resonance drive means for driving the vibration members to resonate, and two detection elements for detecting the forces received by the vibration members, respectively. The vibration drive means adjusts the vibration members to the density of the fluid to be measured. By oscillating at a corresponding resonance frequency, the density of the fluid to be measured is calculated based on the resonance frequency, and the alternating differential pressure received from the fluid to be measured by the vibration member by the output signal of both or one of the two detection elements. A vortex flowmeter sensor characterized by detecting

The resonance driving means is a vibration driving element that vibrates the two vibration members, and a corresponding detection element or a signal detected by one of the detection elements so as to vibrate until the vibration driving element resonates. The vortex flowmeter sensor according to claim 1, further comprising a feedback circuit that feeds back an element.

Using the output signal of the detection element corresponding to the vibration member with the larger area of the pressure receiving portion as a reference, the output signal of the detection element corresponding to the vibration member with the smaller area of the pressure reception portion is received from the fluid to be measured by the vibration member The vortex flowmeter sensor according to claim 1, wherein an alternating differential pressure is detected.

The vortex flowmeter sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the resonance driving means vibrates the two vibrating members in directions opposite to each other.

5. The vortex flowmeter sensor according to claim 1, wherein the two vibrating members include two diaphragms that form a tuning fork shape. 6.

6. The vortex flowmeter sensor according to claim 5, wherein the two tuning-fork type diaphragms are obtained by connecting tip portions of both diaphragms to each other.

The two tuning-fork type diaphragms have the same fluid contact area and are provided in a channel having the width of the front surface of the two diaphragms. The vortex flowmeter sensor according to claim 5 or 6, further comprising a detour for allowing the fluid to be measured to flow through the other diaphragm in the rear stage near the side surface of the diaphragm.

5. The vortex flowmeter sensor according to claim 1, wherein the two vibrating members are double vibrating tube members having the same fixed end.

9. The vortex flowmeter sensor according to claim 8, wherein the double vibrating tube type member is formed by connecting a tip of an inner vibrating tube to an inner wall of an outer vibrating tube.

The two vibration members are two members connected in series with a common fixed portion as a boundary, one of which is used for contact with the fluid to be measured and the other is used for non- contact with the fluid to be measured. The vortex flowmeter sensor according to claim 1, wherein the vortex flowmeter sensor is provided.

The vortex flowmeter sensor according to claim 10, wherein the two members in series have the resonance driving means in the fixed portion.

The vortex flowmeter sensor according to claim 1, wherein the two vibration members are torsional vibration members having a common vibration axis.

The torsional vibration type member has a fluid partition portion that covers the tip of the member so as to allow torsional vibration and partitions the fluid to be measured, and the fluid partition portion includes two members at the position of the vibration axis of the member. The vortex flowmeter sensor according to claim 12, further comprising a fluid introduction part that divides the fluid into the fluid and introduces a fluid to be measured.

A pressure guide hole is provided in the flow pipe through which the fluid to be measured flows and is opposed to the flow, has a pressure chamber inside, and further communicates with the outside to be in contact with the fluid to be measured and introduces fluid pressure into the pressure chamber. A vortex flowmeter having a vortex generator having the vortex flowmeter sensor according to any one of claims 1 to 13, wherein the vortex flowmeter outputs outputs of the two detection elements. A vortex flowmeter comprising a calculator for calculating a volume flow rate of a fluid to be measured from a signal.

The vortex flow rate according to claim 14, wherein the calculator calculates a mass flow rate of the fluid under measurement based on a volume flow rate of the fluid under measurement and a density of the fluid under measurement calculated from the resonance frequency. Total.