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JPS6027937B2 - force detector - Google Patents
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JPS6027937B2 - force detector - Google Patents

force detector

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Publication number
JPS6027937B2
JPS6027937B2 JP52135302A JP13530277A JPS6027937B2 JP S6027937 B2 JPS6027937 B2 JP S6027937B2 JP 52135302 A JP52135302 A JP 52135302A JP 13530277 A JP13530277 A JP 13530277A JP S6027937 B2 JPS6027937 B2 JP S6027937B2
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JP
Japan
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force
bending moment
receiving body
vortex
fixed
Prior art date
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JP52135302A
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Inventor
武弘 沢山
一造 伊藤
哲男 安藤
敏夫 阿賀
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Priority to US05/910,638 priority patent/US4248098A/en
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Priority to DE2827985A priority patent/DE2827985C2/en
Publication of JPS5468681A publication Critical patent/JPS5468681A/en
Publication of JPS6027937B2 publication Critical patent/JPS6027937B2/en
Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は応力を検出する力検出器に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a force detector for detecting stress.

更に詳述すれば、応力を検出して電気信号に変換する力
検出器に関するものである。力を検出するものとして振
動計、渦流量計、圧力計、差圧計、ロードセル(はかり
)等がある。
More specifically, the present invention relates to a force detector that detects stress and converts it into an electrical signal. Devices that detect force include vibration meters, vortex flow meters, pressure gauges, differential pressure gauges, and load cells (scales).

本発明はこれらのセンサに用いて好適な力検出器に関す
るものである。以下本発明装置の力検出器を渦流量計の
センサに用いた例について説明する。第1図は本発明の
一実施例の構成説明図である。
The present invention relates to a force detector suitable for use in these sensors. An example in which the force detector of the present invention is used as a sensor of a vortex flow meter will be described below. FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of an embodiment of the present invention.

図において、1は円筒状の管体、2は管体1に直角に挿
入された柱状の受力体でステンレス材よりなり、渦発生
体21と容器22よりなる。渦発生体21は柱状をなし
、一端が管体1に固定され、他端が容器22に接続され
ている。而して、容器22の他端は、管体1に一端が固
定された内筒11の、他端に固定されている。23は容
器22の内筒11との接続側に設けられた凹部である。
In the figure, 1 is a cylindrical tube body, 2 is a columnar force receiving body inserted perpendicularly into the tube body 1, and is made of stainless steel, and is composed of a vortex generating body 21 and a container 22. The vortex generator 21 has a columnar shape, and one end is fixed to the tube body 1 and the other end is connected to the container 22. The other end of the container 22 is fixed to the other end of the inner cylinder 11, which has one end fixed to the tube body 1. 23 is a recess provided on the side of the container 22 connected to the inner cylinder 11.

3は凹部22に設けられた円板状の応力検出部で、その
中心軸は受力体2の中心軸上にある。
Reference numeral 3 denotes a disk-shaped stress detection section provided in the recess 22, and its center axis is on the center axis of the force-receiving body 2.

応力検出部3はこの場合は第2図に示す如く円板状の素
子本体31と電極32,33,34よりなる。電極32
は薄円板状をなし、素子本体31の一面側に設けられて
いる。一方、電極33,34はほぼ弓形をなし、素子本
体31の他面側に素子本体31の中心を挟んで、対称形
に設けられている。素子本体31はこの場合はニオブ酸
リチウム(LINO03)よりなる電圧素子が使用され
ている。4は絶縁材よりなり、応力検出部3を凹部23
内に容器22より絶縁して封着する封着体で、この場合
はガラス材が用いられている。
In this case, the stress detection section 3 consists of a disk-shaped element body 31 and electrodes 32, 33, and 34, as shown in FIG. electrode 32
has a thin disk shape and is provided on one side of the element body 31. On the other hand, the electrodes 33 and 34 are substantially arcuate and are provided symmetrically on the other surface of the element body 31 with the center of the element body 31 in between. In this case, a voltage element made of lithium niobate (LINO03) is used as the element body 31. 4 is made of an insulating material, and the stress detection part 3 is connected to the recess 23.
It is a sealed body that is insulated and sealed inside the container 22, and in this case, a glass material is used.

5は管体1に一端側が固定された外筒12の他端側に取
付けられた変換器部分である。
Reference numeral 5 denotes a converter portion attached to the other end side of the outer tube 12 whose one end side is fixed to the tube body 1.

以上の構成において、管体1内に測定流体が流れると渦
発生体21にはカルマン渦により第1図に示す矢印×の
ような交番力が作用する。
In the above configuration, when the measurement fluid flows into the tube body 1, an alternating force as indicated by the arrow x shown in FIG. 1 acts on the vortex generator 21 due to the Karman vortex.

この交番力は容器22、封着体4を介して応力検出部3
に伝達される。この場合、受力体2には第1図に示す如
く、受力体2の中心麹をはさんで逆方向の応力変化が発
生する。而して、応力検出部3の電極32‐電極33,
電極32‐電極34間にはこの応力変化に対応した電気
信号(たとえば電圧の変化)が生ずる。この変化の回数
を検出することにより渦発生周波数が検出できる。而し
て、電極32‐電極33,電極32‐電極34間の電気
出力を差動的に処理すれば2倍の電気出力を得ることが
できる。一方、管路を伝幡してくる振動ノイズ、たとえ
ばポンプ、コンブレッサー、ダンパーの開閉等による振
動ノイズの影響により管賂全体が振れる。
This alternating force is applied to the stress detection section 3 through the container 22 and the sealing body 4.
is transmitted to. In this case, as shown in FIG. 1, a stress change occurs in the force receiving body 2 in the opposite direction across the center koji of the force receiving body 2. Therefore, the electrode 32-electrode 33 of the stress detection section 3,
An electrical signal (for example, a voltage change) corresponding to this stress change is generated between the electrode 32 and the electrode 34. By detecting the number of times this change occurs, the vortex generation frequency can be detected. Thus, by differentially processing the electrical output between the electrodes 32 and 33 and between the electrodes 32 and 34, twice the electrical output can be obtained. On the other hand, the entire pipe vibrates due to the influence of vibration noise transmitted through the pipe, such as vibration noise caused by the opening and closing of pumps, compressors, dampers, etc.

この振動によって受力体2には前述交番力×が作用する
方向に受力体2の質量分布に基ずく交番の曲げモーメン
トMQが作用する。この交番の曲げモーメントMQによ
り受力体2に生ずる応力は応力検出部3に於てノイズと
して検出される。第3図はこの曲げモーメントMQを示
したもので、Mvは渦発生によって生じた交番の曲げモ
ーメントである。本発明においては、曲げモーメントM
Qが零となる位置Yに応力検出部3が配置され、この場
合は受力体2の固定端間の距離1の0.21〜0.3の
位置に配置されている。従って、位置Yに配置された応
力検出部3に於ては曲げモーメントMQによる応力は検
出されず、即ち、管路振動によるノイズは検出されるこ
とがない。曲げモーメントMQが零となる位置Yは、装
置全体の構造、位置関係により一定の位置に定まる。振
動ノイズの種類や大きさによっては、モーメント線図を
構成する曲線は大きな曲率をなすか小さな曲率をなすか
の相違のみである。而して、振動ノイズは装置全体に加
わるものであり、渦発生に基づく曲げモーメントMvは
、管路内の渦発生体21の部分にのみ作用する渦に基づ
く曲げモーメントである。
Due to this vibration, an alternating bending moment MQ based on the mass distribution of the force receiving body 2 acts on the force receiving body 2 in the direction in which the aforementioned alternating force x acts. The stress generated in the force receiving body 2 by this alternating bending moment MQ is detected as noise by the stress detection section 3. FIG. 3 shows this bending moment MQ, where Mv is the alternating bending moment caused by vortex generation. In the present invention, the bending moment M
The stress detection section 3 is arranged at a position Y where Q becomes zero, and in this case, it is arranged at a position of 0.21 to 0.3 of the distance 1 between the fixed ends of the force receiving body 2. Therefore, the stress detection unit 3 disposed at position Y does not detect the stress due to the bending moment MQ, that is, the noise due to pipe vibration is not detected. The position Y at which the bending moment MQ becomes zero is determined to be a fixed position depending on the structure and positional relationship of the entire device. Depending on the type and magnitude of vibration noise, the only difference is whether the curves forming the moment diagram have a large curvature or a small curvature. Therefore, the vibration noise is added to the entire device, and the bending moment Mv based on the vortex generation is a bending moment based on the vortex that acts only on the portion of the vortex generator 21 in the pipe.

即ち、作用する力と作用する範囲が異なる、したがって
曲げモーメントMQとMvとは、必ず異なった曲げモー
メント線図となる。曲げモーメントMQが零となる位置
Yは、計算によっても求めることができるが、先ず、位
置Yを概略計算によって求め、概略計算によって求めた
位置付近の種々の位置に応力検出部3を配置することに
より実験的に容易に求めることができる。
That is, the acting forces and acting ranges are different, and therefore the bending moments MQ and Mv always have different bending moment diagrams. The position Y at which the bending moment MQ becomes zero can also be determined by calculation, but first, the position Y is determined by a rough calculation, and the stress detection unit 3 is placed at various positions near the position determined by the rough calculation. It can be easily determined experimentally by

この場合、振動試験器等により装置を加振して零位置を
見付ける。
In this case, find the zero position by vibrating the device using a vibration tester or the like.

あるいは、既知の一定流量を装置に流し、この場合の振
動波形をブラウン管オシログラフ等により観測すること
により知ることができる。この場合、渦発生に基づく信
号周波数は低周波であって、振動ノイズは一般に高周波
領域にある。したがって、波形を観測して、低周波の波
形に高周波波形が車畳して検出される個所はモーメント
MQが零の位置ではなく、きれいな低周波波形のみを示
す個所が曲げモーメントMQが零の位置である。以上の
如くして、曲げモーメントMQが零となる点は容易に見
付けることができる。
Alternatively, it can be determined by flowing a known constant flow rate through the device and observing the vibration waveform using a cathode ray tube oscillograph or the like. In this case, the signal frequency based on vortex generation is a low frequency, and the vibration noise is generally in a high frequency range. Therefore, when observing the waveform, the location where the high-frequency waveform overlaps the low-frequency waveform is not the location where the moment MQ is zero, but the location where only a clean low-frequency waveform is detected is the location where the bending moment MQ is zero. It is. As described above, the point where the bending moment MQ becomes zero can be easily found.

したがって、本発明装置によれば管路振動によるノイズ
を検出することのない耐振性のよいものが得られる。
Therefore, according to the device of the present invention, it is possible to obtain a device with good vibration resistance without detecting noise caused by pipe vibration.

特に、渦力の一般に小さい被測定流体たとえば空気等の
測定に用いて効力が大である。なお、本実施例の如き両
持構造の場合は曲げモーメントMQが零になる位置は2
個所存在する。
It is particularly effective when used to measure fluids to be measured, such as air, whose vortex force is generally small. In addition, in the case of a double-supported structure like this example, the position where the bending moment MQ becomes zero is 2.
There are places.

即ち第3図におけるZの位置に応力検出部3が配置され
るように構成してもよいことは勿論である。また、受力
体が一端支持、他端固定の場合は曲げモーメントMQが
零になる位置は第4図に示すごとく1個所存在する。ま
た、曲げモーメントMQが零になる位置は受力体2の質
量分布を変えることにより自由に動かすことができ、渦
発生による曲げモーメントMvの大なる位置に配置する
ことができる。
That is, it goes without saying that the stress detection section 3 may be arranged at the position Z in FIG. 3. Further, when the force receiving body is supported at one end and fixed at the other end, there is one position where the bending moment MQ becomes zero as shown in FIG. Further, the position where the bending moment MQ becomes zero can be freely moved by changing the mass distribution of the force receiving body 2, and can be placed at a position where the bending moment Mv due to vortex generation is large.

なお、本実施例においては、内筒11及び外筒12によ
りそれぞれ受力体2及び変換器部分5を管体1に別々に
固定し、質量の比較的大なる変換器部分5による振れの
影響が受力体2に出来得るかぎり及ばないように構成さ
れている。
In this embodiment, the force receiving body 2 and the transducer portion 5 are separately fixed to the tube body 1 by the inner tube 11 and the outer tube 12, respectively, and the influence of vibration due to the relatively large mass of the transducer portion 5 is eliminated. The structure is such that the force does not reach the force receiving body 2 as much as possible.

第5図は本発明の他の実施例の構成説明図で、Aは全体
図、Bは要部構成説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the configuration of another embodiment of the present invention, where A is an overall view and B is an explanatory diagram of the main part configuration.

本実施例においては、受力体2の一端をボルト13で管
体1に固定し、他端は支持部14を介して管体1に固定
し、支持部14を補強板15により管体1に補強固定し
たもので、更に頑丈なものが得られる。
In this embodiment, one end of the force receiving body 2 is fixed to the tube body 1 with a bolt 13, the other end is fixed to the tube body 1 via a support part 14, and the support part 14 is fixed to the tube body 1 with a reinforcing plate 15. By reinforcing and fixing it, you can get even more sturdiness.

第6図は本発明の別の実施例の要部構成説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the main part configuration of another embodiment of the present invention.

本実施例においては、渦発生体21の一端に凹部21
1を設け、ボルト13の先端に設けた球状部131を凹
部211に挿入して渦発生体21の一端を支持するよう
にしたものでねじ部132はブーパーネジが用いられて
いる。なお、ボルト13のねじ部132は必要に応じて
管体1と接合或は遊合構造とし、管体1との接合部を溶
接してもよい。
In this embodiment, a recess 21 is provided at one end of the vortex generator 21.
1 is provided, and a spherical portion 131 provided at the tip of the bolt 13 is inserted into the recess 211 to support one end of the vortex generator 21, and the threaded portion 132 is a Booper screw. Note that the threaded portion 132 of the bolt 13 may be connected to the tubular body 1 or may have a loose structure, and the joint portion with the tubular body 1 may be welded.

このようにすれば、更にシール性のよい構造とすること
ができる。本実施例においては、受力体2の着脱が容易
となり、而も、高温の被測定流体を測定する場合の受力
体2の軸方向の伸びを吸収できるようにしたものである
In this way, a structure with even better sealing performance can be achieved. In this embodiment, the force-receiving body 2 can be easily attached and detached, and the elongation of the force-receiving body 2 in the axial direction when measuring a high-temperature fluid to be measured can be absorbed.

第7図は本発明の他の実施例の菱部構成説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of the diamond portion configuration of another embodiment of the present invention.

本実施例においては、鍔部141に可榛部142の設け
られた円柱状の旨ぶた14を管体1に取付け固定し、凸
部143を渦発生体21の凹部211に挿入して渦発生
体2の一端を支持するようにしたもので、第6図と同様
の効果が期待できる。なお、上述の実施例においては、
渦流量計に実施せる場合について説明したがたとえば、
外乱振動の激しい車戦或は船舶の機関室の圧力計等の力
検出器に実施しても有効である事は勿論である。
In this embodiment, a cylindrical lid 14 with a flexible portion 142 provided on a flange 141 is attached and fixed to the tube body 1, and a convex portion 143 is inserted into a concave portion 211 of a vortex generator 21 to generate a vortex. It is designed to support one end of the body 2, and the same effect as shown in FIG. 6 can be expected. In addition, in the above-mentioned example,
We have explained the case where it can be implemented in a vortex flowmeter, but for example,
Of course, it is also effective when applied to force detectors such as pressure gauges in engine rooms of vehicles or ships where external vibrations are severe.

以上説明したように、本発明においては、外乱力により
受力体に生ずる応力が零となるような受力体の位置に力
検出器を配設するようにした。この結果、外乱力による
ノイズを拾うことのない、耐振性の秀れ、堅牢な力検出
器を実現することができる。図面の簡単な説明第1図は
本発明の一実施例の構成説明図、第2図は第1図の要部
構成説明図、第3図は第1図の曲げモーメント線図、第
4図は受力体が一端支持一他端固定の場合の曲げモーメ
ント線図の一例の説明図、第5図は本発明の他の実施例
の構成説明図で、Aは全体図、Bは要部構成説明図、第
6,7図は本発明の別の実施例の要部構成説明図である
As explained above, in the present invention, the force detector is disposed at a position of the force receiving body where the stress generated in the force receiving body due to the disturbance force becomes zero. As a result, it is possible to realize a force detector that does not pick up noise due to disturbance force, has excellent vibration resistance, and is robust. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the main part configuration of FIG. 1, FIG. 3 is a bending moment diagram of FIG. 1, and FIG. is an explanatory diagram of an example of a bending moment diagram when one end of the force-receiving body is supported at one end and fixed at the other; FIG. 6 and 7 are explanatory views of the main parts of another embodiment of the present invention.

1……管体、2……受力体、21…・・・渦発生体、2
2・・・・・・容器、23・・・・・・凹部、3・・・
・・・応力検出部、31・…・・素子本体、32,33
,34・・.・・・電極、4・・・・・・封着体、5・
・・・・・変換器部分。
1... Tube body, 2... Force receiving body, 21... Vortex generating body, 2
2... Container, 23... Concavity, 3...
... Stress detection section, 31 ... Element body, 32, 33
,34... ...electrode, 4...sealing body, 5.
...Converter part.

努Z函縦J楓 努〆函 第7図 努′12 菊ょ図 第5図Tsutomu Z box vertical J Kaede Tsutomu box Figure 7 Tsutomu'12 Chrysanthemum diagram Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 一端が固定され他端が固定又は支持され外乱力と被
測定力とによりその内部に生ずる応力が異なるように構
成された受力体と、前記外乱力にもとずき前記受力体に
生ずる応力がほぼ零となるような前記受力体の位置に配
設された応力検出部とを具備してなる力検出器。
1. A force-receiving body configured such that one end is fixed and the other end is fixed or supported so that stress generated inside the body differs depending on a disturbance force and a force to be measured; A force detector comprising: a stress detecting section disposed at a position of the force receiving body such that the stress generated is approximately zero.
JP52135302A 1977-05-30 1977-11-11 force detector Expired JPS6027937B2 (en)

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GB23219/78A GB1601548A (en) 1977-05-30 1978-05-26 Flow metering apparatus
US05/910,638 US4248098A (en) 1977-05-30 1978-05-30 Flow metering apparatus
BR787803467A BR7803467A (en) 1977-05-30 1978-05-30 DEBIT MEDICATION DEVICE
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JPS6246327U (en) * 1985-08-15 1987-03-20

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