JPH01240822A - Optical vibration plate vortex current meter - Google Patents
Optical vibration plate vortex current meterInfo
- Publication number
- JPH01240822A JPH01240822A JP63067169A JP6716988A JPH01240822A JP H01240822 A JPH01240822 A JP H01240822A JP 63067169 A JP63067169 A JP 63067169A JP 6716988 A JP6716988 A JP 6716988A JP H01240822 A JPH01240822 A JP H01240822A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- flow
- current meter
- optical
- fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 239000011120 plywood Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- -1 40 mm in diameter Chemical compound 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産−上の1
本発明は、流体の流速を測定するための振動板渦流速計
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a diaphragm vortex current meter for measuring the flow velocity of a fluid.
従□米ノl支哲−
従来、流体の流速を測定するための一つの手段として、
振動板渦流速計が知られている。すなわち、この流速計
においては、流体の流れの中に、円柱、三角棒、台形柱
などの、流れの方向に対して平面状の正面を有する物体
を流れに対して垂直に置く時は、その正面両側辺部から
流れがはがれ、互いに逆回転の循環を持つカルマン渦が
発生するが、その渦の固体数をr、物体の流れに対向す
る正面の幅をd、上流の流速をUとすると、比例定数5
t(rストロ−ハル数」という)を使用して
U=rll/St
の関係があることを原理とするものである。Traditionally, as a means of measuring the flow velocity of a fluid,
A diaphragm vortex current meter is known. In other words, in this current meter, when an object such as a cylinder, a triangular bar, or a trapezoidal column, which has a flat front face perpendicular to the flow direction, is placed in the flow of fluid, the The flow separates from both sides of the front, generating Karman vortices with mutually counter-rotating circulation.If the number of solid bodies in the vortex is r, the width of the front facing the flow of the object is d, and the upstream flow velocity is U. , proportionality constant 5
The principle is that there is a relationship of U=rll/St using t (referred to as the Strouhal number).
従って、この原理に基づく渦流速計は、添付図面の第7
図に示すように、上記のような形状を有する物体14の
、流路1内をXの方向に流れる流体の流れ方向Xに対す
る対称面の両側面に、圧力穴14a、14bをあけ、そ
れぞれの内部の圧力を圧電素子などにより測定し、それ
により、圧力変動の周波数fを計測し、流速Uを求める
ことができるものである。Therefore, the vortex current meter based on this principle is shown in Fig. 7 of the attached drawings.
As shown in the figure, pressure holes 14a and 14b are formed on both sides of the plane of symmetry with respect to the flow direction The internal pressure is measured using a piezoelectric element or the like, whereby the frequency f of pressure fluctuations can be measured and the flow velocity U can be determined.
あるいは、渦Va、Vbが物体14の正面の両側辺部か
ら交互に発生するので、流れに対して垂直な方向におい
て固定された物体が受ける力が変動する。Alternatively, since the vortices Va and Vb are generated alternately from both sides of the front of the object 14, the force applied to the fixed object in the direction perpendicular to the flow varies.
従って、この力の変動周波数から、流速を求めることも
できる。Therefore, the flow velocity can also be determined from the frequency of this force fluctuation.
また、この場合、変動圧力の測定は、第8図に示すよう
に、物体14にあけられた圧力穴14a 、 14bの
圧力を、圧力管15a 、 15bを通して圧力変換器
16に導くことにより行われている。すなわち、流路1
に、例えば、横断面が台形状を有する柱14を、その底
面が、流れの方向Xに対して直角となるように固定し、
その両側辺から頂面の方に向かって放出される渦Va
、 Vbによる柱14の回りの圧力変動を、例えば、柱
14の各側壁にあけられた圧力穴14a、14bからの
圧力を、圧力導管15a、15bを経て圧力電気変換器
16により、圧力変動の振動数を電気出力の周波数fと
して検出し、この周波数rから、流速に比例して放出さ
れる渦の単位時間の放出数を介して流速を求めている。In this case, the fluctuating pressure is measured by guiding the pressure in the pressure holes 14a, 14b drilled in the object 14 to the pressure transducer 16 through the pressure pipes 15a, 15b, as shown in FIG. ing. That is, flow path 1
For example, a column 14 having a trapezoidal cross section is fixed so that its bottom surface is perpendicular to the flow direction X,
A vortex Va released from both sides toward the top surface
, Vb, for example, the pressure from pressure holes 14a, 14b drilled in each side wall of the column 14 is converted by a pressure electrical converter 16 through pressure conduits 15a, 15b. The frequency of vibration is detected as the frequency f of the electrical output, and from this frequency r, the flow velocity is determined through the number of vortices emitted per unit time in proportion to the flow velocity.
しかしながら、圧力電気変換器16の圧力−電気の変換
感度は大きくなく、従って、これまで知られている圧力
の変動による渦流速計は、10 m/s以上の高速の気
体の流速測定に使用されているだけであり、また、圧力
電気変換器16は高温度での使用は不可能であり、その
上、第8図に示す圧力電気変換器16へ圧力を導くため
に長い圧力管15a、15bを使用して流路7の外部に
取り出すので、圧力電気変換器16に導かれる圧力振幅
は著しく減少し、従って、周波数特性も変わり、高温度
の下における使用は、不可能であった。However, the pressure-to-electricity conversion sensitivity of the pressure-to-electricity converter 16 is not large, and therefore, the previously known vortex current meters based on pressure fluctuations cannot be used to measure gas flow velocities at high speeds of 10 m/s or more. Moreover, the pressure-electric transducer 16 cannot be used at high temperatures, and in addition, long pressure pipes 15a, 15b are required to lead pressure to the pressure-electric converter 16 shown in FIG. Since the pressure amplitude introduced into the pressure-electric transducer 16 is significantly reduced, the frequency characteristics are also changed, making it impossible to use the pressure at high temperatures.
更に、圧力電気変換器16からの出力の電気信号は、カ
ルマン渦の発生が上流及び下流の流れの変動の影響を受
け、規則的な正弦波形とはならないことが多く、このた
めに、出力回路17により不必要な成分を取り除くなど
の処理をしている。Furthermore, the output electrical signal from the pressure-electric transducer 16 often does not have a regular sinusoidal waveform because the generation of Karman vortices is affected by upstream and downstream flow fluctuations, and therefore the output circuit 17 to remove unnecessary components.
また、圧力は速度の2乗に比例するので、従来の渦流速
計の圧力電気変換器16の感度には限界があり、気体で
は10 m/s以上の高速の範囲を、測定値としている
。また、圧力は、圧電素子や、圧力により変位する薄膜
にはり付けたひずみ計や、あるいは、圧力による膜の変
形を電気容量の変化などにより測定する方法が使用され
ているが、流体の温度が室温と著しく異なる場合には、
上記の圧力電気変換器16の使用温度範囲外となり、こ
のために、例えば、高温ガスの流速の測定などを正確に
行うことは、はとんど不可能なところであった。Furthermore, since pressure is proportional to the square of velocity, there is a limit to the sensitivity of the pressure-electric transducer 16 of a conventional vortex current meter, and in the case of gas, the measured value is within a high speed range of 10 m/s or more. In addition, pressure is measured using piezoelectric elements, strain gauges attached to thin films that are displaced by pressure, or methods that measure the deformation of a film due to pressure by changes in capacitance. If it differs significantly from room temperature,
The temperature is outside the operating temperature range of the pressure-electric converter 16, and for this reason, it is almost impossible to accurately measure, for example, the flow rate of high-temperature gas.
九」涛監゛ しようとする眺
そこで、本発明は、従来の渦流速計には、上記のような
諸種の問題点があり、特に、従来の渦流速計は、流速の
小さな場合には利用することが不可能であることや、あ
るいは、高温ガスの流れのように、流れの圧力変動が微
少であるか、あるいは、高温の条件の下においては、利
用が望ましくなく、他の方法によらざるを得ないという
事情にあるにもかかわらず、最近、このような流速域あ
るいは高温ガスの流速測定が要求されている現状に鑑が
み、これらの種々の問題点を解決し、また、上記のよう
な要求を満足させ、測定精度が良好である新規な渦流を
利用した流速計を得ることを、その課題とするものであ
る。In view of this, the present invention aims to solve the problem of conventional vortex current meters, which have various problems as described above, and in particular, conventional vortex current meters cannot be used when the flow velocity is small. If the flow has small pressure fluctuations, such as a hot gas flow, or is undesirable under high temperature conditions, it may be difficult to use other methods. In view of the current situation where flow velocity measurement in such a flow velocity range or high temperature gas is recently required, we have resolved these various problems and The object of the present invention is to provide a new current meter using eddy currents that satisfies the following requirements and has good measurement accuracy.
課JLLIiユ法−1−6犬至力土」−本発明は、この
課題を解決するために、流速を測定すべき流体の流れの
中に、その流れの方向に対して直角な平面内に、正方形
あるいは長方形状を有する薄板から成る振動板を配置し
、この振動板を、流れ方向に対して対称的な軸線の上に
取り付けた、小さな直径を有する回転軸により支持し、
この回転軸は、その上下端部付近において、回転振動可
能に支持し、このようにして、流体の流れの中に回転軸
を介して回転振動可能に振動板を支持する時は、この回
転板の両方の側縁から時間的に相互に発生する渦により
薄板が回転軸の回りに回転振動を行うようになるが、こ
の回転振動を回転軸に取り付けられた微少な反射鏡の回
転振動に変え、この反射鏡の回転振動を光学的に測定し
、この光の振動を光電子的に電圧の変化として取り出し
、この電圧変化の周波数を計測し、この周波数と、流速
との間に存在する比例関係から、流速を求めるようにす
ることを特徴とするものである。In order to solve this problem, the present invention aims to solve this problem by measuring the flow rate of a fluid in a plane perpendicular to the direction of the flow. , a diaphragm consisting of a thin plate having a square or rectangular shape is arranged, and this diaphragm is supported by a rotating shaft having a small diameter and mounted on an axis symmetrical with respect to the flow direction,
This rotary shaft is supported in the vicinity of its upper and lower ends so that it can rotate and vibrate, and when the diaphragm is supported so that it can rotate and vibrate in the fluid flow via the rotary shaft, this rotary plate The vortices mutually generated over time from both side edges cause the thin plate to rotate and vibrate around the rotational axis, but this rotational vibration is converted into rotational vibration of a minute reflecting mirror attached to the rotational axis. , optically measure the rotational vibration of this reflecting mirror, extract this optical vibration as a change in voltage photoelectronically, measure the frequency of this voltage change, and determine the proportional relationship that exists between this frequency and the flow velocity. This method is characterized in that the flow velocity is determined from the following.
このように、本発明においては、振動板として1板を使
用することにより、その振動部の慣性モーメントを小さ
くすることが可能となり、従って、小さな流速域におい
ても渦の交互の発生により振動板が回転振動を行い、ま
た、振動板及び回転軸の材料に耐熱性材料を使用すると
共に回転軸を支持する軸受を高温ガスにさらさないよう
にするか、又は、ピボット軸受などを使用することによ
り、高温ガスの流速を測定するこも可能となり、更に、
振動板の振動数を光学的手段により電気的周波数として
計測することにより、その計測を高精度のものとするこ
とができるものである。In this way, in the present invention, by using one plate as the diaphragm, it is possible to reduce the moment of inertia of the vibrating part, and therefore, even in a small flow velocity region, the diaphragm is By performing rotational vibration, using heat-resistant materials for the diaphragm and rotating shaft, and preventing the bearings that support the rotating shaft from being exposed to high-temperature gas, or by using pivot bearings, etc. It is also possible to measure the flow velocity of high temperature gas, and
By measuring the frequency of the diaphragm as an electrical frequency using optical means, the measurement can be made with high precision.
大−」E−]□
以下、本発明をその実施例を示す添付図面の第1〜6図
に基づいて詳細に説明をする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings showing embodiments thereof.
まず、第1及び2図に、本発明による測定の原理図及び
この原理に基づき作動をする本発明の1実施例が、それ
ぞれ、略図により示されているが、同図に示すように、
適当な横断面、例えば、長方形状の横断面を有している
流路1の内部に、その中心軸線を含み且つ対向する流路
壁1a及び1bに対して直角な平面内において、各流路
壁1a、lbに対して直角な方向に、小直径を有する金
属棒又は金属管から成る回転軸2が配置されており、こ
の回転軸2は、各流路壁1a、lbに取り付けられた軸
受3a、3bを介して、回転振動自在に支持されている
。また、この回転軸2には、正方形又は長方形の形状を
有する薄板から成る振動板4が、その−面の上において
、その長手方向の対称軸に沿って固着されている。First, FIGS. 1 and 2 schematically illustrate the principle of measurement according to the present invention and an embodiment of the present invention that operates based on this principle.
Inside a channel 1 having a suitable cross section, for example a rectangular cross section, each channel is formed in a plane that includes its central axis and is perpendicular to the opposing channel walls 1a and 1b. A rotating shaft 2 made of a metal rod or metal tube with a small diameter is arranged in a direction perpendicular to the walls 1a, lb, and this rotating shaft 2 is connected to a bearing attached to each channel wall 1a, lb. It is rotatably supported via 3a and 3b. Further, a diaphragm 4 made of a thin plate having a square or rectangular shape is fixed to the rotating shaft 2 on its negative surface along the axis of symmetry in the longitudinal direction.
このようにして、この流路1の上流側から、流速υを有
する流体を矢印Xの方向に流すと、振動板4の回転軸2
の方向の両側辺から、交互に渦Va、Vbが発生し、こ
れらの渦Va、Vbは、下流に行くに従い、流れに対し
て平行方向及び流れに対して垂直方向に、それぞれ、一
定の間隔で、非対称的に一定間隔の、いわゆる、カルマ
ン渦列を生成する。また、これらのカルマン渦列により
、振動板4には、渦列に対応した圧力が生ずる。この場
合、渦Va、Vbが、上記のように交互に発生するため
に、振動板4は、回転軸2の中心の回りに振動的に変位
し、第1図に破線により示すように、回転振動をする。In this way, when a fluid having a flow velocity υ is caused to flow in the direction of the arrow X from the upstream side of the flow path 1, the rotation axis of the diaphragm 4
Vortices Va and Vb are generated alternately from both sides in the direction of , and as they go downstream, these vortices Va and Vb have a certain interval in the direction parallel to the flow and in the direction perpendicular to the flow, respectively. This creates a so-called Karman vortex street that is asymmetrically spaced at regular intervals. Furthermore, due to these Karman vortex streets, a pressure corresponding to the vortex street is generated on the diaphragm 4. In this case, since the vortices Va and Vb are generated alternately as described above, the diaphragm 4 is oscillatedly displaced around the center of the rotating shaft 2, and as shown by the broken line in FIG. vibrate.
また、この場合、渦Va。Moreover, in this case, the vortex Va.
vbは、下流では一定の間隔で配列されるが、渦列の上
流である振動板4の取り付は箇所においては、上流の流
れの変動などから影響を受け、振動板4は、不規則な且
つ時としては大きな振幅で振動をすることがある。Vb is arranged at regular intervals downstream, but the mounting of the diaphragm 4 upstream of the vortex row is influenced by fluctuations in the upstream flow, and the diaphragm 4 is arranged at irregular intervals. In addition, it sometimes vibrates with a large amplitude.
本発明においては、これらの流体の流速Uの測定に影響
を与える信号を成るべく測定出力に現れないようにする
ために、振動板4の下流にスプリッター5と、振動板4
の振動回転振幅をある値以上とならないようにするため
の、適当な形状を有するストッパーないしはストッパー
バー6とを設けるものである。In the present invention, a splitter 5 and a diaphragm 4 are installed downstream of the diaphragm 4 in order to prevent signals that affect the measurement of the fluid flow velocity U from appearing in the measurement output as much as possible.
A stopper or stopper bar 6 having an appropriate shape is provided to prevent the vibration rotational amplitude from exceeding a certain value.
また、回転軸2は、第2図に示すように、その一方の端
部を流路1の一方の流路壁1aを貫通して外部へ延長し
、この延長部には、小さな反射鏡7が固定しである。こ
の反射鏡7は、その付近に設置しである光放射器(光放
射ダイオード)(LED)8から放射される光を受け、
これを反射し、この反射光を、反射鏡7の付近に設置し
であるフォトダイオードなどのような受光電気変換器く
光電装置)9により受け、このようにして、反射鏡7に
より反射された光により、振動板4の回転振動を、その
回転振動数により変動する電気出力に変換するようにす
る。すなわち、この電気出力の周波数は、渦Va、Vb
による振動板4の回転振動数と一致することとなる6
また、本発明においては、高温のガスの流速を測定する
ことをも考慮に入れ、第2図に示した回転軸2を回転支
持するための軸受3a、3b、例えば、玉軸受け、高温
度の下における長時間の使用に対しては高い信頼性が無
いことに鑑がみ、第3図に示すように、流路1の外部に
おいて、その各流路壁1a、lbにピボット軸受11a
、llbを取り付け、これらのピボット軸受11a、l
lbにより回転軸2を回転支持するようにし、また、同
時に、光放射器8、反射鏡7並びに受光電気変換器9を
も、適宜に外箱12などの内部に設置し、冷却可能な配
置として置くものである。このようにして、高温ガスの
流速の測定の場合にも、流路1それ自体の冷却は不要と
する。Further, as shown in FIG. 2, the rotating shaft 2 has one end extending outward through one channel wall 1a of the channel 1, and a small reflecting mirror 7 is provided in this extension. is fixed. This reflecting mirror 7 receives light emitted from a light emitter (light emitting diode) (LED) 8 installed nearby,
This reflected light is received by a light-receiving electrical converter (photoelectric device) 9 such as a photodiode installed near the reflecting mirror 7, and in this way, the reflected light is reflected by the reflecting mirror 7. Using light, the rotational vibration of the diaphragm 4 is converted into an electrical output that varies depending on the rotational frequency. That is, the frequency of this electrical output is the vortex Va, Vb
This corresponds to the rotational frequency of the diaphragm 4 due to 6.Furthermore, in the present invention, taking into account the measurement of the flow velocity of high-temperature gas, the rotating shaft 2 shown in FIG. Considering that bearings 3a and 3b, such as ball bearings, are not highly reliable for long-term use under high temperatures, as shown in FIG. , a pivot bearing 11a is attached to each channel wall 1a, lb.
, llb and these pivot bearings 11a, l
The rotating shaft 2 is rotatably supported by the rotary shaft 2, and at the same time, the light emitter 8, the reflecting mirror 7, and the light-receiving electrical converter 9 are also appropriately installed inside the outer box 12, etc., so that they can be cooled. It is something to put. In this way, cooling of the channel 1 itself is not required even when measuring the flow velocity of high-temperature gas.
以上のようにして、本発明においては、振動板4の回転
振動数を電気出力の周波数として取り出すものであるが
、この電気出力の周波数の測定手段としては、従来は、
既に、第7及び8図に基づいて説明をしたように、圧力
変動の振動数を電気出力の周波数として検出し、この周
波数から、流速Uに比例して放出される渦の単位時間の
放出数を介して流速を求めていた。しかしながら、圧力
電気変換器16の圧力−電気の変換感度は大きくなく、
また、第8図に示すように、圧力電気変換器16へ圧力
を導くために長い圧力管15a 、 15bを使用して
流路の外部に取り出すので、圧力電気変換器16に導か
れる圧力振幅は著しく減少し、従って、周波数特性も変
わり、高温度の下における使用は、不可能であった。As described above, in the present invention, the rotation frequency of the diaphragm 4 is extracted as the frequency of the electrical output. Conventionally, as means for measuring the frequency of the electrical output,
As already explained based on FIGS. 7 and 8, the frequency of the pressure fluctuation is detected as the frequency of the electrical output, and from this frequency, the number of vortices released per unit time is calculated in proportion to the flow velocity U. The flow velocity was determined through the . However, the pressure-to-electricity conversion sensitivity of the pressure-to-electricity converter 16 is not large;
Furthermore, as shown in FIG. 8, in order to guide the pressure to the pressure-electric transducer 16, long pressure pipes 15a and 15b are used to take it out of the flow path, so the amplitude of the pressure introduced to the pressure-electric transducer 16 is The frequency characteristics were significantly reduced, and therefore the frequency characteristics were changed, making it impossible to use them at high temperatures.
これに対し、本発明においては、渦Va、Vbによる微
少な圧力変動を振動板4の回転振動として検出し、この
回転振動を一振動板4と一体の回転軸2に固定された反
射鏡7の光学的な回転振動に変換し、この光学的な回転
振動を、光放射器8及び光を電気信号に変換する受光電
気変換器9などを介して、退動板4の回転振動と同じ周
波数で変動する電気信号として取り出すようにしである
ので、振動板4が、渦Va。In contrast, in the present invention, minute pressure fluctuations caused by the vortices Va and Vb are detected as rotational vibrations of the diaphragm 4, and this rotational vibration is detected by a reflecting mirror 7 fixed to the rotating shaft 2 that is integral with the diaphragm 4. This optical rotational vibration is converted into an optical rotational vibration of Since the diaphragm 4 is designed to be extracted as an electric signal that fluctuates in the vortex Va.
vbの変動する微圧に良く追随して回転振動をするので
、従来の渦流速計によっては測定が不可能であった低速
の流速の測定を可能とするだけでは無く、従来の渦流速
計によっては測定が困難であった高温ガスの流速の測定
をも可能とするものである。Since the rotational vibration closely follows the changing micro-pressure of VB, it not only makes it possible to measure low-speed flow velocities that were impossible to measure with conventional vortex current meters, but also makes it possible to This also makes it possible to measure the flow velocity of high-temperature gas, which has been difficult to measure.
以下、本発明をその数値例について説明する。Hereinafter, the present invention will be explained using numerical examples thereof.
数 値 例 1
平行な平板の流路壁の間の−様な流速Uの中に、厚さが
0.2mm、長さが112mmで、幅が80mm、 6
0mm。Numerical value Example 1 In a -like flow velocity U between parallel flat plate channel walls, the thickness is 0.2 mm, the length is 112 mm, the width is 80 mm, 6
0mm.
40mmなどの数種のチタンの回転板4を、流路幅の中
央に回転軸2を回転振動自在に取り付けた本発明による
光学式振動板渦流速計を設置した。An optical diaphragm vortex current meter according to the present invention was installed in which a rotary plate 4 made of several types of titanium, such as 40 mm in diameter, was attached to a rotary shaft 2 in the center of the channel width so that it could rotate and vibrate freely.
また、スプリッター板5の有効性を調査するために2幅
52mmの振動板4の後方に5InI11の間隔を置い
て長さ 401、厚さ 4端端のスプリッター板5を設
置した場合における振動板4と、反射鏡7とを使用した
時の受光電気変換器(フォトダイオード)9の出力の時
間的変化を測定した。その結果が、第4図(a)及び(
b)に示しである。すなわち、同図(a)は、スプリッ
ター板5が無い場合の結果を示し、また、同図(b)は
、スプリッター板5を設置した場合の結果を示すもので
ある。これらの図を比較することにより、本発明により
スプリッター板5を設置した場合には、その出力信号が
、はとんど基本周波数だけを含むようになり、スプリッ
ター板5の有効性が証明されている。In addition, in order to investigate the effectiveness of the splitter plate 5, the diaphragm 4 in the case where the splitter plate 5 with a length of 401 mm and a thickness of 4 ends was installed behind the diaphragm 4 with a width of 52 mm with an interval of 5InI11. The temporal change in the output of the light-receiving electric converter (photodiode) 9 was measured when the reflector 7 was used. The results are shown in Figure 4(a) and (
b) is shown. That is, FIG. 5A shows the results without the splitter plate 5, and FIG. 2B shows the results with the splitter plate 5 installed. By comparing these figures, it can be seen that when the splitter plate 5 is installed according to the present invention, the output signal almost contains only the fundamental frequency, proving the effectiveness of the splitter plate 5. There is.
また、振動板1の板幅dを80mm、 60mm及び4
0mmとし、流路の横幅を、それぞれ、板幅の3.7倍
とし、ストロ−ハル数をStとし、光学的に測定した周
波数をfとし、Stを
5t=fd / U。In addition, the plate width d of the diaphragm 1 is 80 mm, 60 mm, and 4.
0 mm, the width of each channel is 3.7 times the plate width, the Strouhal number is St, the optically measured frequency is f, and St is 5t=fd/U.
から求めたストロ−ハル数Stと、流速Uとの間の関係
を測定した結果が、第5図に示されている。The results of measuring the relationship between the Strouhal number St determined from the equation and the flow velocity U are shown in FIG.
この図から、流速が10 m/sから1m/sの間にお
いて、ストロ−ハル数Stは0.184と一定であり、
流速の測定としては、良好な精度を示し、従って、本発
明は、広い応用範囲を有することが分かるところである
。From this figure, the Strouhal number St is constant at 0.184 when the flow velocity is between 10 m/s and 1 m/s.
It can be seen that the present invention has a good accuracy as a measurement of flow velocity and therefore has a wide range of applications.
敗−」L−侶−」ユ
次に、直径50mnの円管の中央に、15mmX 15
mmの正方形の回転板4を、板厚0.21のチタンから
作り、これを直径50 mmの円管の中央に配置し、こ
れを直径1 、mmの円管製の回転軸2に固定し、更に
、第2図に示すように、この回転軸2を円管の外部に突
出するように延長させ、また、この回転軸2の延長部に
、小さなな反射鏡7を取り付け、光放射器8及び受光電
気変換器()オドダイオード)9を介して、回転軸2の
回転振動数を受光電気変換器(フォトダイオード)9の
出力信号から求めた。Next, place a 15 mm x 15 tube in the center of a 50 mm diameter circular tube.
A square rotary plate 4 with a diameter of 1 mm was made from titanium with a thickness of 0.21 mm, placed in the center of a circular tube with a diameter of 50 mm, and fixed to a rotating shaft 2 made of a circular tube with a diameter of 1 mm. Furthermore, as shown in FIG. 2, this rotating shaft 2 is extended so as to protrude outside the circular tube, and a small reflecting mirror 7 is attached to the extended part of this rotating shaft 2, and a light emitter is installed. The rotation frequency of the rotating shaft 2 was determined from the output signal of the light receiving electrical converter (photodiode) 9 via the light receiving electrical converter (photodiode) 8 and the light receiving electrical converter (photodiode) 9.
この測定結果を、円管内の流体の平均流速U!Rと、電
気信号の周波数「との間の関係により線図に示すと、第
6図のとおりとなった。This measurement result is expressed as the average flow velocity U! of the fluid in the circular pipe. The relationship between R and the frequency of the electrical signal is shown in a diagram as shown in Figure 6.
この線図から分かるように、流速8 +m/sと、1.
5II/sとの間においては、流速と、周波数との間の
関係は、完全に直線的であり、本発明による光学式振動
板渦流速計が、低流速用の振動微滴流速計として使用さ
れることに適していることは、明らかなところである。As can be seen from this diagram, the flow rate is 8 + m/s and 1.
5II/s, the relationship between flow velocity and frequency is perfectly linear, and the optical diaphragm vortex velocimeter according to the invention can be used as a vibrating droplet velocimeter for low flow velocities. It is clear that he is well suited to be
魚曹ビυ涛釆−
本発明は、上記のような構成及び作用を有しているので
、従来の渦流運針では測定が不可能な気体の低速度及び
高温ガスの流速の測定を、流れの微少な圧力変動にも回
転振動をするように中央で回転軸に固定されている薄い
振動板を流れの中に入れ、振動板の両側辺部から流れの
中に交互に発生する渦により誘起される振動板の回転振
動を光学的手段により電気的信号としてその周波数を取
り出し、低速、例えば、10II/s以下の気体や、液
体などの流体の流速を、流体が高温及び低温の状態の下
にあっても、その流体を測定することを可能とするもの
である。従って、本発明は、各種のプラントにおいて、
例えば、高温のガス、半導体製造用の腐食性ガスの流速
測定用のためなどの使用など、各種の分野において広く
利用されるものである。The present invention has the above-mentioned structure and operation, and therefore can measure low gas velocities and high-temperature gas flow velocities, which are impossible to measure with conventional vortex movement needles. A thin diaphragm fixed to a rotating shaft at the center is placed in the flow so that it can rotate even in response to minute pressure fluctuations. The frequency of the rotational vibration of the diaphragm is extracted as an electrical signal by optical means, and the flow velocity of a fluid such as a gas or liquid at a low velocity, for example, 10II/s or less, is measured under conditions where the fluid is high or low temperature. Even if there is, it is possible to measure the fluid. Therefore, the present invention provides the following advantages in various plants:
For example, it is widely used in various fields, such as for measuring the flow velocity of high-temperature gas and corrosive gas for semiconductor manufacturing.
第1図は、本発明の原理を示す説明図、第2区は、第1
図に示す原理に基づいて作られた、本発明による光学式
振動板渦流速計の1実施例のやや具体的な構成を示す略
斜視図、第3図は、第2図に示された流速計を高温流体
の流速の測定に適するように変形した本発明による流速
計の他の実施例を示す同様の略斜視図、第4図(a)及
び(b)は、本発明による流速計において使用されてい
るスプリッター板の効果を比較する線図、第5図は、本
発明による流速計として、3種類の幅を有する振動板を
使用し、約10n/s以下の流速の測定を行った場合に
おける流速と、ストロ−ハル数との間の関係を示す線図
、第6図は、本発明による渦流運針により円管内を流れ
る流体の流速を測定した場合における平均流速と、その
光学的測定手段による電気出力の周波数との間の関係を
示す線図、第7図は、従来公知の渦流運針の1例を示す
略図、第8図は、その変動圧力の圧力電気変換器による
測定方法を示す略図である。
1・・・流路、2・・・回転軸、3a、3b・・・軸受
、4・・・振動板、5・・・スプリット板、6・・・ス
トッパー、7・・・反射鏡、8・・・光放射器、9・・
・受光電気変換器、lla、、11b・・・ピボット軸
受、12・・・外箱6
第1図
第2図
1b 3b
単3図
1n
1b
第4図
(b)スつ°リット板あり
LJ(m/s)
Um(m/sl
第8図
第7図FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention, and the second section is the first section.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a somewhat specific configuration of an embodiment of the optical diaphragm vortex current meter according to the present invention, which is made based on the principle shown in FIG. Similar schematic perspective views, FIGS. 4(a) and 4(b), show another embodiment of a current meter according to the invention in which the meter is modified to be suitable for measuring the flow rate of hot fluids. Figure 5, a diagram comparing the effects of the splitter plates used, shows a current velocity meter according to the present invention in which diaphragms with three different widths were used to measure flow velocities of approximately 10 n/s or less. Figure 6 is a diagram showing the relationship between the flow velocity and the Strouhal number in the case of the present invention, and the average flow velocity when the flow velocity of a fluid flowing in a circular pipe is measured by the eddy flow needle movement according to the present invention, and its optical measurement. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the frequency of the electrical output by the means, FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a conventionally known eddy current hand movement, and FIG. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Flow path, 2... Rotating shaft, 3a, 3b... Bearing, 4... Vibration plate, 5... Split plate, 6... Stopper, 7... Reflector, 8 ...Light emitter, 9...
・Light receiving electrical converter, lla,, 11b... Pivot bearing, 12... Outer box 6 Figure 1 Figure 2 Figure 1b 3b AA Figure 1n 1b Figure 4(b) LJ with slot plate ( m/s) Um (m/sl Fig. 8 Fig. 7)
Claims (1)
向に対して一般的に直角な方向に広がりを有する、ある
面積を有している渦発生体としての振動板と、この振動
板を回転振動自在に支持している回転軸と、回転板の回
転振動を測定するための光学的測定手段とから成り立っ
ており、この光学的測定手段が、回転軸に固定された反
射鏡と、この反射鏡に向かって光を放射するための光放
射器と、反射鏡からの反射光を受け取るための受光器と
、受光器が受け取る振動板の回転振動に基づく光放射器
からの光の反射鏡を介する反射光の回転振動を、電子式
に電圧変化の周波数として計測するための電子的測定手
段とから成り立つていることを特徴とする光学式振動板
渦流速計。 2、振動板が、チタン、アルミニウムあるいは合板など
の材料から作られた薄板から構成されている請求項1記
載の光学式振動板渦流速計。 3、振動板を回転振動自在に支持している回転軸が、軸
受、例えば、玉軸受により支持されている請求項1又は
2記載の光学式振動板渦流速計。 4、振動板を回転自在に支持している回転軸が、流体の
流れの外部に配置されたピボット軸受により支持されて
いる請求項1又は2記載の光学式振動板渦流速計。 5、流体が対向する1対の流路壁の間を流れるようにさ
れている場合に、振動板の回転軸から流体の流れ方向に
おいて後流中に、流路壁と平行に且つそれらから間隔を
置かれて板状のスプリッター板を設置し、これにより、
振動板の回転振動をできる限り正弦波に近いものとし、
振動数測定の精度を向上させるようした請求項1〜4の
いずれかに記載の光学式振動板渦流速計。 6、振動板が、渦の不規則な生成や、流れにあらかじめ
含まれる変動などにより一時的に振幅が大きくなり、主
振動数と異なる振動数で振動することを防止するために
、振動板の回転振幅がある値以上とならないようにする
ストッパーを備えた請求項1〜5のいずれかに記載の光
学式振動板渦流速計。 7、回転軸の軸受及び光学的測定手段が、流体の流れの
外部に配置され、流れから完全に遮断されるようにした
請求項1〜6のいずれかに記載の光学式振動板渦流速計
。 8、回転軸の軸受及び光学的測定手段が、冷却手段の中
に配置されている請求項7記載の光学的振動板渦流速計
。[Claims] 1. As a vortex generator having a certain area extending in a direction generally perpendicular to the direction of the flow in the flow of the fluid whose flow velocity is to be measured. It consists of a diaphragm, a rotating shaft that supports the diaphragm so that it can rotate freely, and an optical measurement means for measuring the rotational vibration of the rotating plate. A fixed reflecting mirror, a light emitter for emitting light toward the reflecting mirror, a light receiver for receiving the reflected light from the reflecting mirror, and light based on the rotational vibration of a diaphragm received by the light receiver. An optical diaphragm vortex current meter comprising an electronic measuring means for electronically measuring the rotational vibration of light reflected from a radiator through a reflecting mirror as a frequency of voltage change. . 2. The optical diaphragm vortex current meter according to claim 1, wherein the diaphragm is composed of a thin plate made of a material such as titanium, aluminum or plywood. 3. The optical diaphragm vortex current meter according to claim 1 or 2, wherein the rotating shaft supporting the diaphragm so as to freely rotate and vibrate is supported by a bearing, for example, a ball bearing. 4. The optical diaphragm vortex current meter according to claim 1 or 2, wherein the rotating shaft rotatably supporting the diaphragm is supported by a pivot bearing placed outside the fluid flow. 5. When the fluid is made to flow between a pair of opposing channel walls, in the flow direction of the fluid from the axis of rotation of the diaphragm, during the wake, parallel to the channel walls and at a distance from them. Install a plate-shaped splitter plate with the
The rotational vibration of the diaphragm should be as close to a sine wave as possible,
The optical diaphragm vortex current meter according to any one of claims 1 to 4, which improves the accuracy of frequency measurement. 6. In order to prevent the diaphragm from vibrating at a frequency different from the main frequency due to a temporary increase in amplitude due to irregular generation of vortices or fluctuations included in the flow, The optical diaphragm vortex current meter according to any one of claims 1 to 5, further comprising a stopper that prevents the rotational amplitude from exceeding a certain value. 7. The optical diaphragm vortex current meter according to any one of claims 1 to 6, wherein the bearing of the rotating shaft and the optical measuring means are arranged outside the flow of the fluid and are completely cut off from the flow. . 8. The optical diaphragm vortex current meter according to claim 7, wherein the bearing of the rotating shaft and the optical measuring means are arranged in the cooling means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63067169A JPH01240822A (en) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | Optical vibration plate vortex current meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63067169A JPH01240822A (en) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | Optical vibration plate vortex current meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01240822A true JPH01240822A (en) | 1989-09-26 |
Family
ID=13337124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63067169A Pending JPH01240822A (en) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | Optical vibration plate vortex current meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01240822A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014170155A1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device comprising an optical element suspended such that it can vibrate and method for deflecting same |
CN106199065A (en) * | 2016-07-07 | 2016-12-07 | 朱建钢 | A kind of pipeline low pressure micrometeor gas flow signals harvester |
-
1988
- 1988-03-23 JP JP63067169A patent/JPH01240822A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014170155A1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device comprising an optical element suspended such that it can vibrate and method for deflecting same |
DE102013206788B4 (en) * | 2013-04-16 | 2018-02-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | DEVICE WITH A VIBRATING OPTICAL ELEMENT AND METHOD OF REMOVING THE SAME |
CN106199065A (en) * | 2016-07-07 | 2016-12-07 | 朱建钢 | A kind of pipeline low pressure micrometeor gas flow signals harvester |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4186599A (en) | Vortex shedding flowmeter assembly | |
EP0801311B1 (en) | Ultrasonic flow velocity sensor and method of measuring the velocity of a fluid flow | |
US3867839A (en) | Vortex-type flowmeter having strain gauge sensor in an elastic suspension | |
US3720104A (en) | Flowmeters | |
JPH01240822A (en) | Optical vibration plate vortex current meter | |
EP0188492B1 (en) | Vortex shedding flowmeter | |
GB2160316A (en) | Karman vortex flowmeters | |
Yamasaki | Progress in hydrodynamic oscillator type flowmeters | |
RU194370U1 (en) | Air flow meter for ventilation systems | |
TSUCHIYA et al. | Karman vortex flow meter | |
JPS632451B2 (en) | ||
CN1153046C (en) | Bidirectional Synthetic Jet Gyroscope | |
JPS6215811B2 (en) | ||
JP3211040B2 (en) | Heat transfer type angular velocity detector | |
JP2984689B2 (en) | Fluid meter | |
EP0089117B1 (en) | Flow meter utilizing karman vortices | |
JPS6257207B2 (en) | ||
JPS6215810B2 (en) | ||
Abu-Mahfouz | Flow Rate Measurements | |
JPH11281421A (en) | Ring vortex flow meter | |
JPS6219937Y2 (en) | ||
JPH0466817A (en) | Karman's vortex flow meter | |
JP3565374B2 (en) | Current meter | |
RU2112217C1 (en) | Vortex flowmeter | |
RU2215997C1 (en) | Vortex flowmeter |