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JPS5834764B2 - Flow velocity flow measuring device - Google Patents
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JPS5834764B2 - Flow velocity flow measuring device - Google Patents

Flow velocity flow measuring device

Info

Publication number
JPS5834764B2
JPS5834764B2 JP5636878A JP5636878A JPS5834764B2 JP S5834764 B2 JPS5834764 B2 JP S5834764B2 JP 5636878 A JP5636878 A JP 5636878A JP 5636878 A JP5636878 A JP 5636878A JP S5834764 B2 JPS5834764 B2 JP S5834764B2
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JP
Japan
Prior art keywords
orifice
piezoelectric element
stress
flow
obstacle wall
Prior art date
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Expired
Application number
JP5636878A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS54147864A (en
Inventor
敏夫 阿賀
哲男 安藤
一造 伊藤
雅弘 小川
昌徳 野口
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Works Ltd filed Critical Yokogawa Electric Works Ltd
Priority to JP5636878A priority Critical patent/JPS5834764B2/en
Publication of JPS54147864A publication Critical patent/JPS54147864A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流速流量をこれに対応した電気信号として検
出する流速流量測定装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a flow rate measuring device that detects a flow rate as an electrical signal corresponding thereto.

本発明の目的は構造簡単にして製作コストの安価なこの
種の装置を実現しようとするものである。
An object of the present invention is to realize a device of this type that has a simple structure and is inexpensive to manufacture.

第1図は本発明の一実施例を示す構成断面図、第2図は
一部を断面で示す斜視図である。
FIG. 1 is a sectional view of the structure of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view, partially shown in cross section.

両図において、1は被測定流体が流れている管路、2は
この管路1内に配置し、流れに対して障害壁を構成する
オリフィスである。
In both figures, 1 is a conduit through which a fluid to be measured flows, and 2 is an orifice disposed within this conduit 1, which constitutes an obstacle wall to the flow.

このオリフィス2は、流体の流れ方向の厚さdが公知の
ものに比べて厚くなっており、全体が可撓変形しないよ
うに構成されている。
This orifice 2 has a thickness d in the fluid flow direction larger than that of a known orifice, and is configured so that the entire orifice 2 does not flexibly deform.

21はオリフィス2の取付フランジで、管路1に例えば
溶接等の手段で固定されている。
Reference numeral 21 denotes a mounting flange for the orifice 2, which is fixed to the conduit 1 by means such as welding.

3はオリフィス2の内部に、このオリフィスと一体構造
となるように設けた応力検出部である。
Reference numeral 3 denotes a stress detection section provided inside the orifice 2 so as to be integrated with the orifice.

第3図は応力検出部3付近の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the stress detection section 3.

この実施例では、フランジ21からオリフィス2に凹部
31を形成し、この凹部31内に一つの圧電材料40を
共用して構成される2つの圧電素子4を、その中心がオ
リフィス2の流れと対向する面に平行する中心線lと一
致するように配置させ、例えばガラス材のような絶縁材
の封着体32をこの凹部内に流し込んで固着させること
によって、オリフィス2と圧電素子4とを一体構造とな
るようにしている。
In this embodiment, a recess 31 is formed from the flange 21 to the orifice 2, and two piezoelectric elements 4 made of a single piezoelectric material 40 are placed in the recess 31, with their centers facing the flow of the orifice 2. The orifice 2 and the piezoelectric element 4 are integrated by pouring a sealing body 32 made of an insulating material such as glass into this recess and fixing it. I try to have a structure.

第4図は本発明に用いられる圧電素子4の一例を示す構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of the piezoelectric element 4 used in the present invention.

40は円板状に形成された圧電素子材料で、例えばニオ
ブ酸リチウム(LiNbO2)が使用される。
Reference numeral 40 denotes a piezoelectric element material formed into a disk shape, for example, lithium niobate (LiNbO2) is used.

41,42および43.44はそれぞれ半円形状の電極
で、圧電素子材料40を両側から挟んで設けられている
Reference numerals 41, 42, and 43.44 each represent semicircular electrodes, which are provided with the piezoelectric element material 40 sandwiched from both sides.

第5図は第4図のように構成した圧電素子の電気的な等
何回路で、圧電素子材料40に与えられる力に対応した
電荷量が各電極間41,42および43,44に発生す
る。
FIG. 5 shows an electrical circuit of the piezoelectric element configured as shown in FIG. 4, in which an amount of charge corresponding to the force applied to the piezoelectric element material 40 is generated between each electrode 41, 42 and 43, 44. .

このような構造の圧電素子は、電気的に2つの圧電素子
を一個の圧電素子材料によって構成するものであるから
、製作が容易であるうえに、全体を小形にできるという
特長がある。
Since the piezoelectric element having such a structure is electrically constituted by two piezoelectric elements made of one piezoelectric element material, it has the advantage that it is easy to manufacture and can be made compact as a whole.

このように構成した装置における流速流量の測定原理は
、管路1内に設置したオリフィス2に加えられる液体の
力(流速流量の2乗に比例している)を検出するもので
ある。
The principle of measuring the flow rate in the device configured as described above is to detect the force of the liquid (proportional to the square of the flow rate) applied to the orifice 2 installed in the pipe line 1.

すなわち、オリフィス2に加わる力Fは(1)式で表わ
される。
That is, the force F applied to the orifice 2 is expressed by equation (1).

ただし、 K:比例定数 gn:標準の自由落下の加速度(9,8m/、2)rf
:流体の比重量kg/rrt Aoニオリフイス2の流れに対向する面 の面積(m′) ■二流体の速度(m/S) ここで、オリフィス2が受ける力Fは、このオリフィス
を可撓変形しないような構造としたことから、その内部
に第3図酬こ示すように、オリフィスの流れと対向する
面と平行な中心線lを中心として、左右異なった極性で
、しかもその大きさが力Fに対応する応力δが生ずる。
However, K: proportionality constant gn: standard free fall acceleration (9,8 m/, 2) rf
: Specific weight of the fluid kg/rrt Area of the surface of the Ao nitric orifice 2 facing the flow (m') ■ Velocity of the two fluids (m/S) Here, the force F that the orifice 2 receives is the force that causes the orifice to flexibly deform. As shown in Figure 3, the inside of the orifice has different polarities on the left and right, centered on the center line l parallel to the surface facing the flow of the orifice, and the magnitude of the force A stress δ corresponding to F is generated.

ここで、圧電素子40はオリフィス2内部にあって、こ
のオリフィスと一体構造となっていることから、オリフ
ィス内部に発生する応力+δ、−δを受け、圧電効果に
よりこの応力δに対応した電圧Eを各電極間に発生する
Here, since the piezoelectric element 40 is located inside the orifice 2 and has an integral structure with this orifice, it receives stress +δ and -δ generated inside the orifice, and due to the piezoelectric effect, a voltage E corresponding to this stress δ is generated. occurs between each electrode.

この電圧Eは(2)式で表わされる。ただし、 D:圧電定数 :電極間距離 したがって、各電極間41,42および43゜44に発
生する電圧Eを、差動的に測定すれば、応力δ、すなわ
ち、流速、流量に対応した電気信号を得ることができる
This voltage E is expressed by equation (2). However, D: Piezoelectric constant: Distance between electrodes Therefore, if the voltage E generated between each electrode 41, 42 and 43° 44 is measured differentially, the stress δ, that is, the electrical signal corresponding to the flow rate and flow rate. can be obtained.

なお、各電極間に発生する電圧を差動的に測定すると、
オリフィス2に伝えられる機械的ノイズに対しては2つ
の圧電素子に同相で作用するので互に相殺されこれらの
影響を受けないという効果がある。
Furthermore, when the voltage generated between each electrode is measured differentially,
With respect to mechanical noise transmitted to the orifice 2, since it acts on the two piezoelectric elements in the same phase, they cancel each other out and are not influenced by these elements.

第6図は応力検出手段として第4図に示すような圧電素
子を用いた場合における電気回路の一例を示す接続図で
ある。
FIG. 6 is a connection diagram showing an example of an electric circuit when a piezoelectric element as shown in FIG. 4 is used as the stress detection means.

ここでは圧電素子4において、電極42と43とをそれ
ぞれコモンラインに接続し、電極41と44とを接続し
、ここから応力に対応する電気信号を得るようにした並
列接続が採用されている。
Here, in the piezoelectric element 4, a parallel connection is adopted in which electrodes 42 and 43 are connected to a common line, electrodes 41 and 44 are connected, and an electric signal corresponding to stress is obtained from there.

この図において、SWは接点a、b、cを有するスイッ
チ、DCは電荷量検出回路、MEは電荷量記憶保持回路
、CKは演算回路である。
In this figure, SW is a switch having contacts a, b, and c, DC is a charge detection circuit, ME is a charge storage and holding circuit, and CK is an arithmetic circuit.

スイッチSWは、第7図イに示すように短時間だけ接点
a、cに接続される。
The switch SW is connected to the contacts a and c for a short time as shown in FIG. 7A.

いま、圧電素子4に応力に対応した電荷量Qが発生した
状態で、スイッチSWが接点aに接続されると、第7図
口に示すような電流が流れ、その放電特性は電荷量検出
回路DCの入力インピーダンスによって決まる。
Now, when switch SW is connected to contact a in a state where a charge Q corresponding to the stress is generated in the piezoelectric element 4, a current as shown in the opening of Fig. 7 flows, and its discharge characteristics are determined by the charge amount detection circuit. Determined by DC input impedance.

ここで、スイッチSWを接点aに接続した瞬間の電流ピ
ーク値A1はオリフィス又はターゲット内部に生ずる応
力δ1に対応する。
Here, the current peak value A1 at the moment when the switch SW is connected to the contact a corresponds to the stress δ1 generated inside the orifice or target.

電荷量記憶保持回路MEは、電流ピーク値A1を第7図
/\に示すように記憶保持する。
The charge storage/holding circuit ME stores and holds the current peak value A1 as shown in FIG.

スイッチSWは、その後接点Cに接続され圧電素子の電
荷量を放電した後、接点すに接続される。
The switch SW is then connected to the contact C, and after discharging the electric charge of the piezoelectric element, is connected to the contact S.

次に、スイッチSWが接点aに接続されると、これまで
の間に応力δ1がδ1から+△δ1だけ変化したとすれ
ば、+△δ1に対応する電荷量が新たに圧電素子に発生
しているので、電荷量検出回路DCから+δ1に対応す
る電流ピーク値A2をもつ電流が第7図口に示すように
検出され、これが電荷量記憶保持回路MEに記憶される
Next, when switch SW is connected to contact a, if stress δ1 has changed from δ1 by +△δ1, a new charge amount corresponding to +△δ1 is generated in the piezoelectric element. Therefore, a current having a current peak value A2 corresponding to +δ1 is detected from the charge amount detection circuit DC as shown at the beginning of FIG. 7, and is stored in the charge amount storage holding circuit ME.

演算回路CKは、電荷量記憶保持回路MEからの各ピー
ク値に対応した信号を入力とし、これらを演算すること
によって差圧に対応した信号を得ることができる。
The arithmetic circuit CK receives signals corresponding to each peak value from the electric charge storage holding circuit ME, and can obtain a signal corresponding to the differential pressure by calculating these signals.

すなわち、A2.A3.−A4は応力δ1からの偏差値
を表わすものであって、A1.A2.A3.−A4を順
次加算演算することによって応力の絶対値、すなわち流
速又は流量の2乗にに対応した電気信号を得ることがで
きる。
That is, A2. A3. -A4 represents the deviation value from stress δ1, and A1. A2. A3. -A4 can be sequentially added to obtain an electric signal corresponding to the absolute value of stress, that is, the square of the flow velocity or flow rate.

なお、上記の実施例において、応力検出手段3をオリフ
ィス内に更に多数組配置させ、これらの信号を例えば応
力分布に応じて、適当に演算するなどして電気信号を得
るようにしてもよい。
In the above embodiment, a larger number of stress detection means 3 may be arranged in the orifice, and electrical signals may be obtained by appropriately calculating these signals depending on the stress distribution, for example.

また、ここでは流体の力をオリフィスで受けるものであ
るが、他の形状の障害壁を使用してもよい。
Moreover, although the fluid force is received by the orifice here, other shapes of obstruction walls may be used.

以上説明したように、本発明によれば、構造が簡単で製
作コストの安い流速流量測定装置が実現できる。
As described above, according to the present invention, a flow rate measuring device having a simple structure and low manufacturing cost can be realized.

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

第1図は本発明の一実施例を示す構成断面図、第2図は
一部を断面で示す斜視図、第3図は第1図における応力
検出部付近の拡大図、第4図は本発明に用いられる圧電
素子の一例を示す構成図、第5図は第4図圧電素子の電
気回路図、第6図は電気回路の一例を示すブロック図、
第7図は第6図回路の動作波形図である。 1・・・・・・管路、2・・・・・・オリフィス、21
・・・・・・取付フランジ、3・・・・・・応力検出部
、4・・・・・・圧電素子。
Fig. 1 is a cross-sectional view of the configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing a partial cross section, Fig. 3 is an enlarged view of the vicinity of the stress detection section in Fig. 1, and Fig. 4 is a main A configuration diagram showing an example of a piezoelectric element used in the invention, FIG. 5 is an electric circuit diagram of the piezoelectric element shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a block diagram showing an example of the electric circuit.
FIG. 7 is an operational waveform diagram of the circuit of FIG. 6. 1... Conduit, 2... Orifice, 21
...Mounting flange, 3...Stress detection section, 4...Piezoelectric element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 被測定流体が流れている管路内に可撓変形しないよ
うに構成した障害壁を配置させるとともに、−個の圧電
素子材料を共用した2つの圧電素子で構成される応力検
出手段を圧電素子材料の中心が前記障害壁の流れと対向
する面と平行な中心線と一致するように前記障害壁内に
当該障害壁と一体構造となるように配置させ、前記障害
壁内に発生する応力を前記応力検出手段を構成する2つ
の圧電素子で差動的に検出するようにした流速流量測定
装置。
1. An obstacle wall configured so as not to be flexibly deformed is placed in the pipe through which the fluid to be measured flows, and a stress detection means composed of two piezoelectric elements sharing the same piezoelectric element material is used as a piezoelectric element. The material is arranged in the obstacle wall so as to be integrated with the obstacle wall so that the center of the material coincides with a center line parallel to the surface of the obstacle wall facing the flow, and the stress generated in the obstacle wall is reduced. A flow rate measuring device configured to perform differential detection using two piezoelectric elements constituting the stress detection means.
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JPS54147864A JPS54147864A (en) 1979-11-19
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JPS57193733A (en) * 1981-01-22 1982-11-29 Bosch Gmbh Robert Injector for fuel
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