專利名稱:旋渦流量計的制作方法
本發(fā)明涉及旋渦流量計，特別涉及對設(shè)置在流體的流路中的，使被測流體發(fā)生旋渦的旋渦發(fā)生器的結(jié)構(gòu)進行簡化，而且即使管道有振動但測量精度也不降低的旋渦流計。
過去，在流路中安裝旋渦發(fā)生體，由于這個旋渦發(fā)生體，被測流體在下流側(cè)產(chǎn)生卡爾曼旋渦，并檢出與旋渦對應(yīng)的壓力變化。從而使檢出被測流體的流速流量的旋渦流量計實用化。過去，具有靜電電容式檢出部份的旋渦流量計的構(gòu)成是，在旋渦發(fā)生體兩側(cè)面設(shè)有凹下的部份，并在該部份上安裝固定電極板，同時，在和這個電極的微小間隔處安裝一個可以承受被測流體壓力變化、作為可動電極的膜片，并在電極板和膜片之間的空間封裝液體，同時，使一對的空間連通而把封裝液體封裝在里面。在這個旋渦流量計中，伴隨著被測流體的流動，在旋渦發(fā)生體的兩側(cè)流過的被測流體交替地產(chǎn)生了卡爾曼旋渦，對應(yīng)其壓力的變化，一對膜片產(chǎn)生位移。然后進行電的檢測出膜片和固定電極間的靜電電容變化，從而測定了流量。
然而，隨著管道內(nèi)流體的流動，管道產(chǎn)生振動，結(jié)果，振動便由管道傳到直接固定在管道上的流量檢測部份。流量檢測部份在受到由管道傳來的振動的同時進行流量測量。
一般，檢測由旋渦發(fā)生器所產(chǎn)生的壓差的一對敏感部份，被安裝在與管道軸向成正交的水平方向上。但，作為管道所傳的振動，在管道的軸向上不易起振，即使起振也比較小。但在與管道軸向成正交的水平方向和垂直方向上的振動成份則比較大。因此，過去的流量計由于一對敏感部份安裝在與管道軸向成正交的水平方向上，當(dāng)管道的水平方向上一有振動產(chǎn)生，則在一對敏感部份的膜片空腔和連通部份中充填的封裝液體在水平方向上搖動。因此，過去的旋渦流量計，由于在管道水平方向產(chǎn)生振動，封裝的液體在一對敏感部份之間受到加速度，由于封裝液體的慣性，結(jié)果金屬膜片產(chǎn)生了位移。在這種情況下則具有這樣缺點，即由于這樣的管道振動使金屬膜片的位移而形成靜電電容量的變化，當(dāng)這個變化被檢測出來最后即作為信號輸出。另外，在進行金屬膜片位移小的微小流量測量時，很難判別是由于卡爾曼旋渦形成的壓差使金屬膜片位移還是由于管道振動使金屬膜片位移。因此在低流量測定時，必須把電路的靈敏度降低以便由于管道振動帶來的金屬膜片偏移所產(chǎn)生的靜電電容量的變化不致被檢測出來。因此，就有這樣的缺點，即不能進行隨著卡爾曼旋渦而形成金屬膜片小位移的微小流量測量，結(jié)果使流量的測量范圍變窄。
因此，本發(fā)明為了除掉上述過去的缺點而提供新的、有用的旋渦流量計。以下，與附圖一起對每個實施范例加以說明。
第1圖是本發(fā)明的旋渦流量計的第1實施范例的背面圖，第2圖是第1圖中旋渦流量計的縱剖側(cè)面圖，第3圖是第1圖中旋渦流量計沿Ⅲ-Ⅲ線的橫斷面圖，第4圖是第1圖中的旋渦流量計所用的檢測電路的電路圖，第5圖是其它實施范例的旋渦發(fā)生柱的橫斷面圖，第6圖是本發(fā)明的旋渦流量計的第2實施范例的縱剖背面圖，第7圖是第6圖中的旋渦流量計的檢測部份的概略平面圖，第8圖是第6圖中的旋渦流量計的縱剖側(cè)面圖，第9圖是第6圖中的旋渦流量計所用的檢測電路的電路圖，第10圖是其它實施范例檢測部份的概略平面圖。
第1圖至第3圖所示的作為本發(fā)明的第1實施范例的旋渦流量計10，概略地由下述各部份所組成帶有法蘭盤的管道11和，垂直安裝在管路11的中間部位的旋渦發(fā)生柱12和，與旋渦發(fā)生柱12有關(guān)連的安裝在管道11外面上部的檢測部份13，和與檢測部份13作電連接的下述的檢測電路。在旋渦發(fā)生柱12的兩側(cè)面12a、12b的中上部分分別開有差壓導(dǎo)入開口14a、14b。由這兩個開口14a、14b連通的差壓導(dǎo)入孔15a、15b在旋渦發(fā)生柱12中延伸到上方。另外，開口14a、14b只要左右對稱地設(shè)置在旋渦發(fā)生柱上即可，對于開口14a、14b和差壓導(dǎo)入孔15a、15b等的安裝精度的要求并不嚴格，因而旋渦發(fā)生柱12的造價便宜。旋渦發(fā)生體12的上部穿透管路11的管壁。
管路11的管壁外周和檢測部份13之間裝有形成導(dǎo)入孔16的構(gòu)件，在部件16上形成與差壓導(dǎo)入孔15a、15b相連通的斜的差壓導(dǎo)入孔17a、17b，此外，在上面設(shè)置有差壓導(dǎo)入孔17a、17b開口的園形凹入部份18a、18b。
在構(gòu)件16上安裝有檢測部份13。在檢測部份13中安裝有面向凹下部份18a、18b作為園形可動電極由不銹鋼制成的膜片19a、19b，此外，和膜片19a、19b之間的空間20a、20b上邊安裝有作為園形固定電極由導(dǎo)電箔做的電極21a、21b。上述的空間20a、20c通過電極21a、21b和連通路22相連通，向這20a、20b以及連通孔22中封裝非壓縮性的流體，如硅油等液體23。
膜片19a和電極21a形成一個作為敏感部份的可變?nèi)萘侩娙萜?4a;膜片19b和電極21b形成另外一個作為敏感部份的可變?nèi)萘侩娙萜?4b。連接這些可變?nèi)萘侩娙萜鞯膶?dǎo)線(圖中未示出)通過管25內(nèi)分別引入電路機殼(圖中未示出)內(nèi)，接到檢測電路。
這里，一對可變?nèi)萘侩娙萜?4a、24b被安裝在沿管道11軸向，離開一定間隔的位置上，為了把與管道11軸向成正交方向上離開間隔而安裝的開口14a、14b的差壓引到間隔安裝在管道11軸向上的凹入部份18a、18b而安裝傾斜的差壓導(dǎo)入孔17a、17b。
另外還設(shè)置有與電容器24a及24b一起組成電橋電路30的線圈31、32，給這個電橋電路30供交流電的交流電流33，對電橋電路30輸出進行放大的放大電路34，解調(diào)電路35和施密特電路36。從施密特電路36輸出重復(fù)頻率與被測流體的流速成比例的脈沖信號，再由輸出端點37供給后面的電路。
在上述構(gòu)成的旋渦流量計10中，在管道11中當(dāng)被測流體向F方向流動時，在旋渦發(fā)生柱12的兩側(cè)交替地產(chǎn)生卡爾曼旋渦26。由此，在兩側(cè)面12a及12b所產(chǎn)生的被測流體的反相位的壓力變化，通過開口14a、14b，差壓導(dǎo)入孔15a、15b、17a、17b，凹入部份18a、18b而被導(dǎo)至膜片19a及19b的一面。膜片19a及19b受到這個變化的壓力的而反相位交替地上下位移，電容器24a的容量隨之而增減，電容器24b的容量隨之而減、增。電容器24a及24b的容量變化周期與旋渦26的發(fā)生周期相對應(yīng)而與流速成反比例。因而，電橋電路30產(chǎn)生用與流速成比例的頻率對交流流源33的信號進行調(diào)幅的輸出，并從施密特電路36輸出重復(fù)頻率與流速成比例的脈沖信號。通過測量這個輸出信號的周期和輸出信號的個數(shù)，可以求出流速和流量。
這里，當(dāng)給管道11加上外部振動時，檢測部份13也一起振動。然而，如前所述，給管道11所加的振動，在橫的方向的振動比軸向的振動多。
但是，如上所述，檢測部份13的可變?nèi)萘侩娙萜?4a、24b是被并列安裝在管道11的軸向上的，連接兩個可變?nèi)萘侩娙萜?4a、24b的空間20a、20b并封裝了封裝液23的連通孔22是位于管道11的軸向上的。因此，即使管道11作橫方向的振動，封裝液23也同樣振動，但封裝液體23的振動所產(chǎn)生的壓力變化也加不到膜片19a、19b上。此外，即使由封裝液體23的振動所產(chǎn)生的壓力變化加在膜片19a、19b上，但由于同相而互相抵消，不會產(chǎn)生誤測的輸出。
此外，在上述的實施范例中，雖然是用具有傾斜的差壓導(dǎo)入孔17a、17b的部件16，來連通在管道11橫向上間隔設(shè)置的開口14a、14b和在管道11的軸向上間隔設(shè)置的凹入部份18a、18b的，但也可用在第5圖中橫斷面表示的旋渦發(fā)生柱40而省略構(gòu)件16。在這種情況下，在旋渦發(fā)生柱40上設(shè)置由兩側(cè)的開口14a、14b相互向反方向延伸的孔41a、41b，和由那個溝部垂直向上方延伸的孔42a、42b?？?2a、42b在管道11的橫向上隔開，如第2圖所示，就那樣與在管道11的軸向上隔開的凹入部份18a、18b相連通。
以下，就第6圖至第8圖作為本發(fā)明的旋渦流量計的第2實施范例進行說明。
如上所述，在管道振動時，雖然說管道的軸向振動不易起振而與管道軸向成直角方向的振動容易起振，但在管道的軸向上也多少有些振動。在上述的第1實施范例中，由于一對可變電容器是沿著管道軸向安裝的，因而在管道的軸向上一有振動，則出現(xiàn)測量精度下降的問題。本第2實施范例，不僅在與管道軸成直角的方向上有振動，即使在管道軸向上有振動也能使測量精度不致下降。
由作為可動電極的金屬膜片和與之在空間相對的固定電極作成的作為敏感部份的可變電容器的構(gòu)成，和一對可變電容器各自的空間通過連通路向連通，并在其中充滿封裝液體的構(gòu)成等，與上述的實施范例相同，因此，對其詳細說明從略。
本實施范例旋渦流量計50的檢測部份51的構(gòu)成與上述的實施范例有所不同。
在管路11的外壁上裝設(shè)的形成導(dǎo)入孔的構(gòu)件52上分別設(shè)置有與差壓導(dǎo)入孔15a相連通而相互約略向反方向傾斜延伸的差壓導(dǎo)入孔53a、53d，與差壓導(dǎo)入孔15b相連通而相互約略向反方向傾斜延伸的差壓導(dǎo)入孔53b、53c。差壓導(dǎo)入孔53a與53b作立體的交叉。
在構(gòu)件52上面設(shè)置差壓導(dǎo)入孔53a～53d的開口用的凹入部份54a～54d。這里，如第7圖清楚表示的，由差壓導(dǎo)入孔15a，通過差壓導(dǎo)入孔53a、53d而導(dǎo)入相互相同差壓的凹入部份54a、54d，被設(shè)置在對著液體流動方向上的左前、右后的位置上，由差壓導(dǎo)入孔15b通過差壓導(dǎo)入孔53b、53c而導(dǎo)入相互相同差壓的凹入部份54b、54c，被設(shè)置在右前、左后的位置上。
在構(gòu)件52上安裝著一個安裝構(gòu)件56，在安裝構(gòu)件56的下面面，對著凹入部份54a～54d，分別安裝著可變電容器55a～55d。這里，在與管路軸向(與流體的流動方向F相同)成正交的方向上橫向并列著的一對可變電容55c、55d的可動電極與固定電極之間的空間，通過連通路58而被連通，并在其中充滿液體。同樣地橫向并列的另一對可變電容器55a、55b的空間，也通過充滿液體的連通路57而相互連通。
這些電容器55a～55d，如第9圖所示連接著，如從第4圖和第9圖相比較所看出的，線圈31、32，和與第4圖的電橋電路中的電容器24a一邊相當(dāng)?shù)碾娙萜?5a和55d的并聯(lián)電路相連接，并和與電容器24b一邊相當(dāng)?shù)碾娙萜?5b和55c并聯(lián)電路相連接。
在測量流量時，與在管道11內(nèi)流動的被測流體的流量相對應(yīng)而在旋渦發(fā)生柱12下流側(cè)發(fā)生的卡爾曼旋渦所造成的差壓，通過旋渦發(fā)生柱12的開口14a、14b，差壓導(dǎo)壓孔15a、15b，53a～53d，被分別導(dǎo)入凹入部份54a～54d。這里，對凹入部份54a和54d導(dǎo)入相同的差壓，對凹入部份54b和54c導(dǎo)入相同差壓。因此，由于差壓的變化，電容器55a、55d的靜電容量同時增、減，而與此相位相反，電容器55b、55c的靜電容量同時減、增。
現(xiàn)就上述構(gòu)成的旋渦流量計50的管道產(chǎn)生振動，而傳到檢測部份51的情況加以說明。
首先，看看檢測部份51受到在沿管道11的軸向，標有符號Z的方向上振動的情形，由于連通路57、58處于與Z方向成正交的方向上，因此充填在連通路57、58和各電容器55～58的空間的封裝液體受不到使各各膜片位移的加速度。因之，即使在Z方向上有振動也不會使測量精度下降。
其次，流量檢測部份51在與管道11的軸向成正交的上下垂直方向(第6圖中箭頭Y方向)振動時，各電容器55a～55d的作為可動電極的膜片分別在同一個Y方向上振動，與由膜片慣性力引起的位移同相。這些電容器55a～55d的同相的靜電容量變化，在電橋電路60中抵消。因此，即使在這個箭頭Y方向上產(chǎn)生振動，測量精度也不會下降。
下面，就流檢測部份51在與管道11軸向成正交的水平方向(第6圖中的箭頭X1、X2方向)上振動的情形加以說明。
在箭頭X1方向上的振動分量作用到流量檢測部份51上時，連通路57、58中的封裝液體相對地受到箭頭X2方向的加速度。為此，封裝液體的慣性力便作用在左側(cè)的電容器55a、55c的各個空間，膜片向離開固定電極的方向位移。并且右側(cè)的電容器55b、55d的膜片向接近固定電極的方向位移。因此，電容器55a、55c的靜電容量減少，同時，電容器55b、55d的靜電容量增加。
于是，在第9圖的電橋電路60中并聯(lián)電路的一邊的電容器55a的靜電容量減少，與此同時，另一邊的電容器55d的靜電容量增加。同樣，另外的并聯(lián)電路的一邊的電容器55b的靜電容量增加，同時，另一邊的電容器55c的靜電容量減少。因而，電容器55a、55d、55b、55c的靜電容量變化被抵消。這樣，即使由于管道振動，在箭頭X1方向上流量檢測部份51位移，電橋電路60也不致失掉平衡，電橋電路60也無信號輸出。
另外，在管道振動的箭頭X2方向的振動分量作用在流量檢測部份51上時，也同樣地能保持電橋電路60的平衡而不致輸出錯誤檢測的信號。
于是，不論從任何方向產(chǎn)生振動，本實施范例的旋渦流量計50都不會受振動的影響而輸出誤測信號，而能正確地進行流量測量。
此外，由于電橋電踏60不會由管道振動而輸出誤測信號，因而可以提高放大電路34的增益，并可以跨到低流量范圍的寬量程，正確地進行流量測量。
還有，由于安裝了兩對敏感部份55a和55b、55c和55d，例如即使一邊的敏感部份55a、55b出了故障，也可以由另一邊的敏感部份55c、55d進行應(yīng)急的流量測量。因此，在修理之前不致使流量測量中斷，而有利于維修保。
另外，雖然在上述的實施范例中的結(jié)構(gòu)是差壓導(dǎo)入孔15a、15b分別地分岔連接到差壓導(dǎo)入孔53a～53d，但，并不局限于此，例如，差壓導(dǎo)入孔53a～53d也可以分別連通到在旋渦發(fā)生柱上設(shè)置的4個差壓導(dǎo)入孔。
第10圖展示了作為檢測部份51的另一個實施范例的檢測部份51A。在這個實施范例中使用第5圖所示的旋渦發(fā)生柱40來替代旋渦發(fā)生柱12。一對凹入部份54a、54b，電容器55a、55b對著流體的流動方向F被左前、右后地安裝著，另一對凹入部份54c、54d，電容器55c、55d被左后、右前地安裝著。電容器55a、55b的空間由封裝液體的連通路57連通;電容器55c、55d的空間由封裝液體的連通路58連通。這里，連通57和58作立體的交叉。在與管道成正交方向上，橫向并列的凹入部份54a、54d與連通差壓導(dǎo)入孔41b、42b的70a、70d相連通。另外，凹入部份54b、54c與連通差壓導(dǎo)入孔41a、42b的70b、70c相連通。
這個結(jié)構(gòu)，也可以得到與檢測部份51相同的效果。
權(quán)利要求
1.旋渦流量計，包括被測流體流經(jīng)的管道；旋渦發(fā)生體，該旋渦發(fā)生體被安裝在上述管道中并使流經(jīng)管道中的被測流體產(chǎn)生卡爾曼旋渦，該旋渦發(fā)生體兩側(cè)開口，一端貫通安裝，并設(shè)置一對差壓導(dǎo)入孔，用來導(dǎo)入伴隨著卡爾曼旋渦的發(fā)生所引起的壓力變化；該旋渦發(fā)生體以外的檢測部份的本體；至少一對敏感部份，該敏感部份沿著該管道的軸向，隔開一個間隔被安裝在檢測部份本體中，用來輸出對應(yīng)由該差壓導(dǎo)入孔引進的差壓的流量測量信號。
2.權(quán)利要求
1的旋渦流量計，其中敏感部份包括在該檢測部份本體上設(shè)置的一對凹入部份，和固定在該凹入部份上的一對固定電極，和在與固定電極隔開一定的間隔的空間內(nèi)安裝的一對可動電極，和連通一對固定電極與可動電極之間的兩個空間并安設(shè)在檢測部份本體上的連通孔，和充滿在一對空間及連通孔里的封裝液體;該可動電極接觸封裝液體的一面和反面受到由該旋渦發(fā)生體導(dǎo)入的被測流體的壓力變化而產(chǎn)生位移，該一對固定電極和一對可動電極組成一對可變?nèi)萘康碾娙萜?該檢測電路能夠?qū)?yīng)一對敏感部份的可變?nèi)萘侩娙萜鞯娜萘孔兓敵鲂盘枴?br>3.權(quán)利要求
1的旋渦流量計，包括在該管道軸向上隔開安裝的一對敏感部份之外，在旁邊在該管道軸向上隔開安裝的另一對敏感部份;各敏感部份是由可變電容器組成的，該可變電容器是由作為可動電極的膜片，和在與膜片之間充滿液體的空間里安裝的固定電極構(gòu)成的;該差壓導(dǎo)入孔之一，為了導(dǎo)入差壓而接通到該兩對敏感部份的任何一個的膜片上，該差壓導(dǎo)入孔的另一個，為了導(dǎo)入差壓而接通到該兩對敏感部份的另一個的膜片上;一對上述的任何一個敏感部份和另一對的另一個敏感部份的空間，用充滿液體的一個連通路來連通，該一對的另一個敏感部份和另一對上述的敏感部份的空間，用充滿液體的一個通路來連通。
4.權(quán)利要求
3的旋渦流量計，其中各連通路被平行地安置在與管道軸向成正交的方向上。
5.權(quán)利要求
3的旋渦流量計，其中各連通對管道的軸向作傾斜十字形的立體交叉。
6.權(quán)利要求
3的旋渦流量計，其中檢測電路的構(gòu)成如下接通該差壓導(dǎo)入孔之一，作為導(dǎo)入相同差壓的敏感部份的可變電容，并列聯(lián)接作成第1個并聯(lián);接通另一個該差壓導(dǎo)入孔，作為導(dǎo)入相同差壓的敏感部份的可變電容，并列聯(lián)接作成第2個并聯(lián);該第1個和第2個并聯(lián)分別與線圈連接而構(gòu)成該檢測電路。
專利摘要
旋渦流量計由旋渦發(fā)生體和至少一對的敏感部份組成。旋渦發(fā)生體被安裝在被測流體流經(jīng)的管道中，使流經(jīng)該管道的被測流體產(chǎn)生卡爾曼旋渦，在旋渦發(fā)生體的兩側(cè)開口，一端貫通安裝，并裝有一對差壓導(dǎo)入孔，用作導(dǎo)入隨著被測流體的卡爾曼旋渦的產(chǎn)生而帶來的壓力變化。該至少一對的敏感部份，沿管道的軸向分開被安裝在該旋渦發(fā)生體以外的檢測部份的本體上，對應(yīng)來自差壓導(dǎo)入孔的差壓而輸出流量測量信號。
文檔編號G01F1/32GK86104243SQ86104243
公開日1987年2月11日 申請日期1986年6月20日
發(fā)明者巖本哲夫, 雨森宏之, 西山繁 申請人:東機工株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan