DE3750965T2 - Wirbeldurchflussmesser. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbeldurchflußmesser entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Ein Wirbelgenerator in einem Wirbeldurchflußmesser, in welchem die Komponenten des Wirbelgenerators parallel in einer beachtlichen Distanz voneinander angeordnet sind, so daß sie einander vertikal in der Richtung der Strömung gegenüberstehen, ist in der veröffentlichten Spezifikation der japanischen Patentanmeldung Nr. 46-10233/1971 beschrieben. Darüber hinaus schlug der gegenwärtige Anmelder einen Wirbeldurchflußmesser vor, wie er in den veröffentlichten Spezifikationen der japanischen Gebrauchsmusterpublikation Nr. 55-45296/1980 gezeigt ist, in welchem zwei Wirbelgeneratorelemente von gleicher Form und Größe und einem Querschnitt in einer dreieckigen Form so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberstehen, wobei der Abstand dazwischen 0,1d bis 0,9d und d die Breite des Generators ist. Durch Begrenzen des Abstands zwischen den Wirbelgeneratorelementen entsprechend dem oben erwähnten Anspruch war es möglich, den Karman-Wirbel zu stabilisieren.
• Der in der oben erwähnten, veröffentlichten Spezifikation der japanischen Gebrauchsmusterpublikation Nr. 55-45296/1980 beschriebene Wirbeldurchflußmesser erreicht die Stabilisierung des Karman-Wirbels, und die charakteristische Kurve des Instrumentenfehlers ist ausgezeichnet. Da jedoch der Instrumentenfehler langsam in dem Bereich einer geringen Strömungsgeschwindigkeit ansteigt, muß, um den Meßbereich der Strömungsgeschwindigkeit bei einer hohen Genauigkeit zu erhöhen, der Bereich einer hohen Strömungsgeschwindigkeit ausgedehnt werden. Im Ergebnis besteht die Notwendigkeit zur Unterdrückung des Anstiegs von Druckabfall.
• Darüber hinaus wird durch Kombinieren von solchen Wirbelgeneratoren die Größe der Wirbelzirkulation durch das Auftreten der gegenseitigen Interferenz der Wirbel abhängig von der Größe des Abstandes dazwischen geändert. Die Wirbelerzeugungsfrequenz in einem vorbestimmten Zustand differiert von der Frequenz eines einzelnen Wirbelgenerators. Nach dem Stand der Technik ist ein Wirbelgenerator dazu ungeeignet, in einem Gerät installiert zu werden, welches eine Strömungsgeschwindigkeitssteuerung mit schneller Reaktion erfordert, weil die Wirbelerzeugungsfrequenz bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit verringert ist.
• Der gegenwärtige Anmelder schlug eine Karman-Wirbel-Erzeugungseinrichtung in dem in der veröffentlichten Spezifikation der japanischen Patentpublikation Nr. 55-40804/1980 beschriebenen Karman-Wirbel-Durchflußmesser vor, worin ein Karman-Wirbel- Generator gegen die Strömung eines Fluids mit seinem spitzesten Ende installiert ist und eine große Anzahl von jeweiligen unabhängigen Elementplatten zum Erzeugen von Karman-Wirbeln hinter dem Wirbelgenerator in gewünschten Intervallen installiert ist.
• Der oben erwähnte Karman-Wirbelgenerator weist einen Winkelpunkt auf der Strömungsachse des Fluiddurchgangs auf, und sein Querschnitt hat die Form eines gleichseitigen Dreiecks, das der Fluidströmung gegenübersteht und dazu senkrecht ist. Durch Vorsehen von Raumkammern, die zum Entwickeln des hier (d. h. bei dem Karman-Wirbel-Generator) erzeugten Wirbels mit einer am meisten geeigneten Intensität mit Hilfe einer großen Anzahl von stromabwärts angeordneten Elementplatten zum Erzeugen eines Karman-Wirbels (hier nachfolgend einfach "flache Platte(n)" genannt) in der Lage sind, kann ein genügend starker Wirbel im Verhältnis zu der stromabwärtigen Position entwickelt werden. Folglich kann ein stabiler Wirbelgenerator erreicht werden.
• Im Stand der Technik sorgt der Wirbel, wenn eine flache Platte stromabwärts zu dem Wirbelgenerator installiert wird, für einen Verstärkungseffekt. Was die Anzahl der flachen Platten betrifft, so ist die Anzahl, die zum Erhalten eines Wirbels von solcher Intensität erforderlich ist, daß der Wirbel abgestreift wird, ausreichend. In dem Fall, daß der Wirbel von der flachen Platte in den Endstufen abgelöst wird, wird eine ausreichende Anzahl entsprechend den benötigten optimalen Bedingungen ausgewählt. Die zum Abschälen des Wirbels erforderliche Zeit ist kurz, weil bereits ein genügend entwickelter Wirbel erzeugt worden ist. Darüber hinaus kann der Wirbel bei einer merklich stabilen Wirbelfrequenz erzeugt werden. Jedoch ist der Instrumentenfehler in dem Bereich niedriger Reynolds'scher Zahlen groß.
• Der gegenwärtige Anmelder schlug einen in der japanischen Patentanmeldung Nr. 58-60333/1983 (Offenlegungsnummer 59-187222/1984) beschriebenen Wirbeldurchflußmesser vor, in welchem ein röhrenförmiges Teil hinter einem Wirbelgenerator in einer Schnittrichtung angeordnet ist, und wenigstens ein Paar von Druckführungsöffnungen ist in einem vorbestimmten Intervall in der Richtung der Achse des röhrenförmigen Teils gebildet. Der gegenwärtige Anmelder bemerkte, daß in dem oben erwähnten Durchflußmesser die Variation von Strömung durch Anwenden einer Variation an der Innenseite des röhrenförmigen Teils verursacht wird, und der Durchfluß von Fluid wird eingestellt durch Leiten einer Fluidströmungsvariation in das röhrenförmige Teil, welches einen vergleichsweise kleinen Umfang für den Durchgang aufweist. Auf diese Weise wird ein Turbulenzwirbel, der in der Strömung des Fluids in dem Fluiddurchgang enthalten ist, nicht erfaßt, im Vergleich zu dem Fall, wenn kein röhrenförmiges Teil existiert. Folglich wird eine Störkomponente des Detektionssignals entsprechend einer ausgezeichneten S/N-Charakteristik erhalten. Die Erfassung des bereits erzeugten Wirbelsignals ist in einer solchen Weise verbessert, wie sie oben beschrieben ist. Ferner wird in bezug auf den Wirbelgenerator ein spitzwinkeliges, gleichseitiges, dreieckförmiges Element in der Richtung der Strömung angeordnet und unabhängige flache Platten werden jeweils hinter dem Element angeordnet, nacheinander in einem gewünschten Abstand, wie das in der veröffentlichten Beschreibung der japanischen Patentpublikation Nr. 55-40804/ 1980 gezeigt ist. In einer solchen Weise unterliegt der Wirbel einem Verstärkungseffekt, und dadurch kann ein starker und stabiler Wirbel erzeugt werden.
• Entsprechend dem oben erwähnten Stand der Technik konnte ein Wirbeldurchflußmesser, welcher in der Vergangenheit nicht existierte, in Kombination mit einer Wirbelerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines starken und stabilen Wirbels und einer Detektoreinrichtung zum Erfassen des durch die Wirbelerzeugungseinrichtung erzeugten Wirbels realisiert werden, welcher eine ausgezeichnete S/N-Charakteristik aufweist. Um jedoch Messungen in einem größeren Strömungsgeschwindigkeitsbereich durchführen zu können, ist es notwendig, ein stärkeres Wirbelsignal zu erhalten und den Wert der Strouhal-Zahl auch konstant in einem weiten Bereich zu halten, um den oben erwähnten Bedingungen zu entsprechen. Darüber hinaus weist der Wirbeldurchflußmesser einen erhöhten Instrumentenfehler im Bereich geringer Strömungsrate auf, wie in der zuvor erwähnten veröffentlichten Spezifikation der japanischen Patentpublikation Nr. 55-40804/1980 erwähnt ist. Obwohl der Wirbelgenerator stabil ist, ist er daher unbefriedigend für einen Durchflußmesser, welcher einen breiten Bereich der Strömungsgeschwindigkeitsmessung erfordert.
• Ein weiterer Wirbelgenerator, welcher mehr als ein Wirbelgeneratorelement enthält, ist aus der DE-A-3242768 bekannt. Der Wirbelgenerator, welcher in einem Wirbeldurchflußmesser verwendet wird, umfaßt zwei Wirbelgeneratorelemente, die hintereinander in der Richtung der Strömung in einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind. Das stromaufwärtige Wirbelerzeugungselement weist einen Querschnitt in der Form eines Dreiecks auf, während der Querschnitt des stromabwärtigen Wirbelerzeugungselements T-förmig ist. Sehr stabile Wirbel werden durch die Kombination dieser zwei Wirbelerzeugungselemente erzeugt.
• Ein Wirbeldurchflußmesser entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der GB-A-2160318 bekannt. Dieser bekannte Wirbelgenerator umfaßt ein stromaufwärtiges Element mit einem Querschnitt im wesentlichen entsprechend einem gleichschenkeligen Dreieck und ein stromabwärtiges Element mit einem Querschnitt im wesentlichen entsprechend einem gleichschenkeligen Trapez. Die Elemente sind so angeordnet, daß die Basis des Dreiecksquerschnitts des stromaufwärtigen Elements und die Basis des trapezförmigen Querschnitts des stromabwärtigen Elements parallel und aneinander angrenzend in einem vorbestimmten Abstand dazwischen in der Richtung der Strömung angeordnet sind. Die Elemente erstrecken sich senkrecht zur Strömung. Ferner sind die projizierten Breiten des stromaufwärtigen Elements und des stromabwärtigen Elements, gesehen in Richtung der Strömung, zueinander gleich. Der Winkel des den Querschnitt bildenden gleichschenkeligen Dreiecks des stromaufwärtigen Elements, die Höhe des Trapezquerschnitts und der durch die gleich großen Seiten des gleichschenkeligen trapezförmigen Querschnitts gebildete Winkel des stromabwärtigen Elements, der Abstand zwischen den Elementen und die jeweiligen Breiten der Elemente, gesehen in der Strömungsrichtung, sind so gewählt, daß eine stabile Wirbelerzeugung sogar bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten mit guter Linearität erzielt wird.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbeldurchflußmesser entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welcher gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
• Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Wirbeldurchflußmesser mit einer verbesserten Charakteristik des Instrumentenfehlers bei einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit und ist in der Lage, die Frequenz der Wirbelbildung zu erhöhen.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Wirbeldurchflußmesser mit einer ausgezeichneten Charakteristik der Reynold'schen Zahl.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Wirbeldurchflußmesser, welcher eine Messung in einem breiten Strömungsgeschwindigkeitsbereich mit hoher Genauigkeit durchführt.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Wirbeldurchflußmesser, der in der Lage ist, die Charakteristik des Instrumentenfehlers im Bereich niedriger Reynolds'scher Zahlen zu verbessern.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Wirbeldurchflußmesser mit einem breiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeitsmessungen.
• Die oben erwähnten Merkmale und anderen Vorteile der vorliegenden Erfindungen werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
• Fig. 1 ist eine Seitenschnittansicht, die den Aufbau eines Wirbeldurchflußmessers entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ist eine Querschnittansicht in einer Draufsicht, die denselben Wirbeldurchflußmesser zeigt;
• Fig. 3 und 4 sind Ansichten zur Erläuterung der Arbeitsweise des Durchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 5 ist eine Kurve, die die Charakteristik des Instrumentenfehlers zeigt;
• Fig. 6 ist eine Seitenschnittansicht eines Wirbeldurchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 7 ist eine Querschnittansicht einer Draufsicht desselben;
• Fig. 8 und 9 sind erläuternde Ansichten zum Erklären der Positionsbeziehung zum Erhalten der Wirbelfrequenz des Wirbelgenerators allein;
• Fig. 10 und 11 sind eine Seitenschnittansicht bzw. eine Querschnittdraufsicht des Wirbeldurchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 12 und 13 sind Querschnittdraufsichten von Fällen zum Installieren von Wirbelerzeugungselementen jeweils allein in einem Fluiddurchgang;
• Fig. 14 ist eine Seitenschnittansicht eines Wirbeldurchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 15 ist eine Querschnittdraufsicht desselben;
• Fig. 16 ist eine Ansicht, die eine Tendenz der Wirbelfrequenz in dem fundamentalen symmetrischen Querschnitt zeigt;
• Fig. 17 zeigt Querschnittansichten, welche die anderen Ausführungsbeispiele des Wirbelgenerators zeigen;
• Fig. 18 ist eine Querschnittdraufsicht eines Wirbeldurchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 19 ist eine Querschnittansicht entsprechend der Linie B-B von Fig. 18;
• Fig. 20 und 21 sind strukturelle Ansichten des Wirbeldurchflußmessers nach dem Stand der Technik;
• Fig. 22 bis 25 sind strukturelle Ansichten zum Erläutern eines Ausführungsbeispiels des Wirbeldurchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 22 eine Seitenschnittansicht desselben ist, Fig. 23 eine Querschnittansicht entsprechend der Linie B-B von Fig. 22 ist,
• Fig. 24a eine detaillierte Ansicht eines röhrenförmigen Teils ist, und Fig. 25 eine detaillierte Ansicht eines Rohgewebes ist; und
• Fig. 26 ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel des Wirbeldurchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Der gegenwärtige Anmelder bemerkte die Wichtigkeit des Verhältnisses der Wirbelfrequenz, die durch den Wirbelgenerator verursacht wird, der senkrecht in der Strömung in dem Strömungsdurchgang installiert ist, und führte folglich verschiedene Experimente aus. Im Ergebnis wurde bestätigt, daß im Fall der Auswahl der Entfernung t (t = 0,1d 0,9d) zwischen den Bodenoberflächen des Wirbelgenerators, wobei d die Länge der Basisseite des Wirbelgenerators ist, der Instrumentenfehler in einem Gebiet geringer Strömungsgeschwindigkeit merklich durch die Kombination des Wirbelfrequenzverhältnisses von 0,7 bis 0,9 auf der Standardbasis des stromaufwärtsseitigen Wirbelgenerators, merklich verbessert ist, und ferner die Wirbelfrequenz erhöht worden ist.
• Fig. 1 und 2 sind eine Seitenschnittansicht eines Wirbeldurchflußmessers nach der vorliegenden Erfindung bzw. eine Querschnittsdraufsicht desselben. In einem Fluiddurchgang 1 sind Wirbelgeneratoren 2a und 2b parallel gegen die Strömungsrichtung A und senkrecht zu der Strömungsrichtung A angeordnet. Ein Wirbelsignal, das durch einen in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigten Wirbeldetektor in ein elektrisches Signal umgewandelt ist, wird verstärkt und durch einen Vorverstärker 3 geformt (umgewandelt in eine rechteckige Wellenform). Die Wirbelgeneratoren 2a und 2b enthalten jeweils Winkelpunkte P und Q auf der Achse der Strömung. Der Querschnitt beider Wirbelgeneratoren weist die Form eines gleichseitigen Dreiecks mit vertikalen Winkeln α und β und Basisseiten d&sub1; und d&sub2; auf. Ihre jeweiligen Bodenoberflächen sind in einem vorbestimmten Abstand t angeordnet. Darüber hinaus sind die vertikalen Winkel durch die Wirbelfrequenz als eine Bedingung der vorliegenden Erfindung bestimmt.
• Fig. 3 und 4 zeigen jeweils Erzeugungszustände der Wirbelreihen B und C für den Fall der Installation jedes der Wirbelgeneratoren 2a und 2b allein gegen die Strömung. Diese Zustände sind zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Entsprechend den Ergebnisses des Experiments ist die Frequenz des Wirbels, der durch den Wirbelgenerator mit der Form eines gleichseitigen Dreiecks mit den vertikalen Winkeln α und β (α = β = 40º) und den Basisseiten d&sub1; und d&sub2; (d&sub1; = d&sub2;), erzeugt wird, gleich 340 Hz in Fig. 3 und gleich 190 Hz in Fig. 4. Das Verhältnis von diesen Frequenzen beträgt 0,56 auf der Standardbasis des Wirbelgenerators 2a. Als die kombinierte Wirbelfrequenz ergibt sich 170 Hz. Wenn die Wirbelgeneratoren in einem Intervall t (t = 0,1d), angeordnet werden, tendiert die Charakteristik des Instrumentenfehlers zu einer Erhöhung in einer Plusrichtung in dem Bereich einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit, wie durch die Kurve (a) in Fig. 5 gezeigt ist.
• Nimmt man im Gegensatz dazu an, daß die vertikalen Winkel a und ansteigen und dem Zustand einer flachen Platte näherkommen, so steigt auch die Wirbelfrequenz an. Zum Beispiel in dem Fall von α = 90º, β = 100º und d&sub1; = d&sub2; betragen die jeweiligen Frequenzen der in Fig. 3 und 4 gezeigten Wirbel 300 Hz und 260 Hz. Das Verhältnis dieser Frequenzen beträgt 0,86. Die Charakteristik des Instrumentenfehlers bei der Bedingung t = 0,2d ist merklich im Bereich niedriger Strömungsgeschwindigkeit verbessert, wie durch die Kurve (a) in Fig. 5 gezeigt ist. Als Wirbelfrequenz ergibt sich 300 Hz, und diese steigt um das etwa 1,8fache verglichen mit der Charakteristik des herkömmlichen Durchflußmessers (gezeigt durch die Kurve (b) in Fig. 5) an.
• Es ist möglich gewesen, die Genauigkeit eines Instruments, wie z. B. des in der japanischen Patentpublikation Nr. 55-40804/1980 offenbarten Instruments, durch Messen der Wirbelfrequenzen von den individuellen Wirbelgeneratoren und Vorsehen eines bestimmten Verhältnisses von solchen Wirbelfrequenzen zu verbessern. Darüber hinaus erhöht sich die Frequenz der Wirbelbildung und der Anwendungsbereich erstreckt sich auf Wirbeldurchflußmesser, die mit einem Steuersystem kombiniert sind, das eine schnelle Reaktion erfordert.
• Der gegenwärtige Anmelder beobachtete das Wirbelerzeugungsfrequenzverhältnis des Wirbelgenerators, welcher in dem Fluiddurchgang installiert ist, und führte ferner verschiedene Experimente durch. Im Ergebnis wurde entdeckt, daß durch Beachten des Wirbelerzeugungsfrequenzverhältnisses des Wirbelgenerators, der auf der stromaufwärtigen Position angeordnet ist, und der flachen Platte, die zum Verstärken des Wirbels in der Lage ist, insbesondere der flachen Platte, die in der Endstufe angeordnet ist, wobei in dem Fall, wo der andere Wirbelgenerator in den Endstufen anstelle der oben genannten flachen Platte installiert ist und das Verhältnis der Wirbelerzeugungsfrequenz einen Wert von einem vorbestimmten Verhältnis aufweist, die Reynold'sche Zahl : die Charakteristik des Instrumentenfehlers verbessert war. Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um einen Wirbelgenerator vorzuschlagen, der eine ausgezeichnete Reynoldszahl-Charakteristik auf der Basis dieser Entdeckung aufweist.
• Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Seitenschnittansicht eines Wirbeldurchflußmessers entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung bzw. eine Querschnittsdraufsicht desselben. In dem Fluiddurchgang 1 ist ein Paar von Wirbelgeneratoren 2a und 2b parallel gegen die Richtung der Strömung A und senkrecht dazu angeordnet. Die Wirbelgeneratoren 2a und 2b enthalten jeweils Winkelpunkte P und Q auf der Achse der Strömung. Der Querschnitt der beiden Wirbelgeneratoren weist jeweils die Form eines gleichseitigen Dreiecks mit vertikalen Winkeln α und β und Basisseiten d&sub1; und d&sub2; auf. Zwischen den jeweiligen Wirbelgeneratoren 2a und 2b ist eine flache Platte 2c mit einer Breite d&sub3; und einer Dicke tb von 0,1d&sub1; bis 0,4d&sub1; (tb = 0,1d&sub1; 0,4d&sub1;) zwischen den Wirbelgeneratoren 2a und 2b in gleichem Abstand von beiden installiert. Das Wirbelsignal wird durch den in Fig. 6 und 7 nicht gezeigten Wirbeldetektor in ein elektrisches Signal umgewandelt und wird durch einen Vorverstärker 3 verstärkt und geformt (d. h. umgewandelt in eine rechteckige Wellenform).
• Obwohl in den Fig. 6 und 7 nur eine flache Platte 2c zu deren Erklärung gezeigt ist, ist es darüber hinaus möglich, eine Vielzahl flacher Platten zu benutzen. Die entsprechenden flachen Platten dienen als ein Wirbelverstärkungsteil nach dem Stand der Technik. Die Zirkulation des Wirbels, in dem Moment, wenn der Wirbel von der flachen Platte an der Endstufe abgelöst wird, ist als die Summe der Wirbelzirkulation um die jeweilige flache Platte und die Summe der Wirbeldrehungen, die zwischen den jeweiligen flachen Platten im Stand der Technik auftreten, repräsentiert. Obwohl die Wirbelfrequenz proportional der Strouhal-Zahl ist, ist letztere (d. h. die Strouhal-Zahl) eine umgekehrte Funktion der Zirkulation. Folglich ist der Wert der Wirbelfrequenz im Stand der Technik ungefähr nahe bei derjenigen der Gruppe flacher Platten, welche eine Kombination der einzelnen flachen Platten ist.
• Die Wirbelfrequenz des stromaufwärtsseitigen Wirbelgenerators allein ist jedoch größer als diejenige der Gruppe flacher Platten. Daher hat, wenn die Verstärkungswirkung der Flachplattengruppe klein in dem Bereich kleiner Reynolds'scher Zahlen ist, die Wirbelfrequenz des Wirbelgenerators allein Priorität über die anderen. Wenn die Reynolds'sche Zahl genügend hoch und auch die Wirbelintensität durch die Wirkung der Wirbelverstärkung genügend hoch wird, steuert die Wirbelfrequenz der flachen Platte das Gerät anstelle derjenigen des Wirbelgenerators. In dieser Weise wird der Instrumentenfehler zu dem Pluswert mit höherer fortlaufenden Frequenz in dem Gebiet niedrigerer Reynolds'scher Zahlen übertragen. Im Gegensatz dazu wird die Charakteristik des Instrumentenfehlers verläßlich und flach in dem höheren Reynoldszahlbereich.
• Im Fall der Installation eines Wirbelgenerators mit einer Wirbelfrequenz nahe derjenigen des stromaufwärtsseitigen Wirbelgenerators jedoch, parallel dazu, anstelle der Endstufenflachplatte, wird sie merklich durch die nachfolgende Stufe beeinflußt. Daher wird die vorangehend erwähnte Forderung erfüllt und ein Wirbelmesser mit einer flachen Reynolds-Charakteristik kann erhalten werden. Entsprechend den Ergebnissen des Experiments wird auf der Standardbasis der Wirbelfrequenz des stromaufwärtigen Wirbelgenerators 2a das Verhältnis der Frequenz des Wirbelgenerators und derjenigen des Niedrigstufengenerators 2c (stromabwärts) ungefähr 0,8. Dieser Wert wird als der beste angesehen. Dadurch ergibt sich die Reynolds-Zahl infolge der repräsentativen Länge d des Wirbelgenerators als 2,5 · 10³ oder mehr, nämlich, eine flache Charakteristik des Instrumentenfehlers kann erreicht werden.
• Darüber hinaus beträgt in dem Fall, daß die repräsentativen Breiten (Längen) d&sub1;, d&sub2; und d&sub3; der vorangehenden und folgenden Wirbelgeneratoren einander gleichgemacht werden (d&sub1; = d&sub2; = d&sub3;), die Dicke tb der flachen Platte 0,1d&sub1; bis 0,4d&sub1; (tb = 0,1d&sub1; 0,4d&sub1;) auch die Werte der jeweiligen Abstände t zwischen der flachen Platte und den beiden Wirbelgeneratoren sind einander gleich. In bezug auf die oben erwähnten Werte kann die beste Charakteristik in der Reynolds'schen Zahl und Stabilität erreicht werden, wenn die weitere Bedingung innerhalb eines Bereichs von t = 0,1d&sub1; 0,9d&sub1; ausgewählt wird.
• Was die Winkelpunkte α und β der Wirbelgeneratoren 2a und 2b betrifft, so sind beide gleich 90º (α = β = 90º). Es ist nicht nötig zu erwähnen, daß es sogar, wenn α nicht gleich β ist (α ≠ β), möglich sein wird, das Wirbelfrequenzverhältnis der zuvor erwähnten Wirbelgeneratoren einzeln zu erfüllen. Darüber hinaus kann das Wirbelfrequenzverhältnis der Wirbelgeneratoren allein mit einer Konstruktion erhalten werden, in welcher die repräsentativen Breiten (Längen) d auf der stromabwärtigen Seite und der stromaufwärtigen Seite, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, angeordnet werden.
• Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, ist es entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich, einen Wirbelgenerator mit der ausgezeichneten Charakteristik des Instrumentenfehlers und der Reynolds'schen Zahl zu erhalten, während der Wirbel stabil gehalten wird. Darüber hinaus kann das Gerät nach der vorliegenden Erfindung, da die Wirbelfrequenz hoch ist, in einem breiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeitsmessungen angewandt werden. Und ferner kann es auch bei einem Wirbeldurchflußmesser zur Verwendung in einem Steuersystem, das eine schnelle Reaktion erfordert, anwendbar sein.
• Der gegenwärtige Anmelder beobachtete ferner das Wirbelerzeugungsfrequenzverhältnis des Wirbelgenerators im Zustand der Installation in einem Fluiddurchgang und führte verschiedene Experimente aus. Im Ergebnis wurde entdeckt, daß die Reynolds'sche Zahl für die Charakteristik des Instrumentenfehlers, insbesondere diejenige der Charakteristik in dem niedrigen Reynoldszahlbereich im Falle des Anwendens der Vorstufenflachplatte des Standes der Technik bei dem Element, das die Funktion der Wirbelverstärkung durchführt, und Anordnen der Endstufenflachplatte, so daß sie gegenüber dem Wirbelerzeugungselement mit einer bestimmten Wirbelfrequenz liegt, wobei das Verhältnis seiner Wirbelfrequenz und derjenigen des den stromaufwärtsseitigen Wirbel erzeugenden Elements zwischen 0,7 und 0,9 liegt, verbessert ist. Darüber hinaus war es notwendig, einen Wirbeldurchflußmesser mit einer konstanten
• Instrumentenfehlercharakteristik über einen weiten Bereich einer Niedriggeschwindigkeitsmessung in dem Fall bereitzustellen, daß die Form des Querschnitts des stromaufwärtigen Wirbel erzeugenden Elements bogenförmig ist, um die oben genannte Bedingung zu erfüllen, und die Form des stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elements T-förmig ist.
• Fig. 10 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Wirbeldurchflußmessers entsprechend der vorliegenden Erfindung, und Fig. 11 ist eine Querschnittsdraufsicht desselben. In Fig. 10 und 11 sind Wirbel erzeugende Elemente 2a und 2b in einem Fluiddurchgang 1 gegen die Strömung parallel so installiert, daß sie einander in der Richtung der Strömung A gegenüberliegen und senkrecht dazu stehen. Das Wirbel erzeugende Element 2a weist einen bogenförmigen Querschnitt auf, dessen Bogen gegen die Strömung gerichtet ist. Ein halbkreisförmiger Querschnitt des Durchmessers d&sub1; ist in Fig. 11 gezeigt. Ein Querschnitt des Wirbel erzeugenden Elements 2b ist T-förmig und sein Bodenbereich weist eine Breite d&sub2; auf und ist parallel zu der Sehne des zuvor erwähnten Wirbel erzeugenden Elements 2a vorgesehen. Ein Flachplattenelement 2c der Breite d&sub3; ist zwischen dem jeweiligen Wirbel erzeugenden Element 2a und 2b in gleichem Abstand dazu angeordnet. Es ist vorzuziehen, die Breiten d&sub1;, d&sub2; und d&sub3; der Wirbel erzeugenden Elemente 2a und 2b und des Flachplattenelements 2c jeweils gleich zu der Breite d (d = d&sub1; = d&sub2; = d&sub3;) vorzusehen. Die jeweiligen Abstände t zwischen 2a und 2c und zwischen 2c und 2b sind 0,1 d bis 0,9d (t = 0,1d 0,9d).
• Das Wirbelsignal wird durch einen Wirbeldetektor (in Fig. 10 und 11 nicht gezeigt) in ein elektrisches Signal umgewandelt, und es wird durch einen Vorverstärker 3 verstärkt und geformt (umgewandelt in eine rechteckige Wellenform). Das Wirbelsignal wird in dieser Weise verarbeitet. Obwohl das Flachplattenelement eine Wirbelverstärkungswirkung bewirkt, weist der zuvor erwähnte Wirbelgenerator nach dem Stand der Technik in Kombination mit einem dreieckigen Pfeiler und einer flachen Platte die Charakteristik eines in dem Bereich geringer Strömungsgeschwindigkeit ansteigenden Instrumentenfehlers auf. Die Wirbelfrequenz ist proportional zur Strouhal-Zahl, aber die Strouhal-Zahl fällt proportional mit dem Anstieg der Wirbelintensität ab. Daher ist die Wirbelfrequenz eine umgekehrte Funktion der Wirbelintensität. Bei Kombinieren der flachen Platte mit den anderen, steigt die Wirbelintensität durch die Wirkung der Wirbelverstärkung an. Jedoch ist die Wirbelintensität des dreieckigen Pfeilers allein an der stromaufwärtigen Seite lokalisiert. Im Falle der Konstruktion des Wirbelgenerators in Kombination mit diesen Elementen, üben die jeweiligen Wirbelcharakteristiken gegenseitig einen Einfluß aufeinander aus. Und da ferner eine Kombination neu in Verbindung mit der Strömungsgeschwindigkeit geschaffen wird, ist der durch den an der stromaufwärtigen Seite angeordneten dreieckigen Pfeiler ausgeübte Einfluß in dem Bereich niedriger Strömungsgeschwindigkeit, wie vorangehend erwähnt wurde, entsprechend dem Stand der Technik hoch. Es folgt, daß der Strömungsmesser eine ansteigende Charakteristik des Instrumentenfehlers in dem Bereich geringer Strömungsgeschwindigkeit aufweist.
• Wie zuvor erwähnt wurde, schlug der gegenwärtige Anmelder vor, das Verhältnis der Wirbelfrequenz des stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elements und derjenigen des stromaufwärtigen Wirbel erzeugenden Elements 0,7 bis 0.9 beträgt. Wie jedoch in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, lag das Verhältnis der Wirbelfrequenz des bogenförmigen Wirbel erzeugenden Elements 2a (in Fig. 12) mit einer Sehnenlänge (Breite) d&sub1;, das in dem Fluiddurchgang 1 gegen die Strömung in der Richtung der Strömung A und senkrecht dazu installiert war, zu derjenigen des T-förmigen Wirbel erzeugenden Elements 2b (in Fig. 13) der Breite d&sub2; in dem zuvor erwähnten Bereich von 0,7 bis 0,8. Beide der Breiten d&sub1; und d&sub2; waren gleich d (d = d&sub2; = d). Ein Flachplattenelement der Breite d&sub3; (d&sub3; = d) wurde in der Mittenposition zwischen diesen Elementen angeordnet. Wenn die jeweiligen Abstände t zwischen 2a und 2c und zwischen 2c und 2b 0,1d bis 0,9d betrugen, hatte der Strömungsmesser eine flache Charakteristik der Strömungsrate und des Instruinentenfehlers über einen weiten Bereich der Strömungsratenmessung von einem Bereich niedriger Strömungsrate zu einem Bereich hoher Strömungsrate. Alle vorangehend erwähnten Tatsachen werden in der vorliegenden Erfindung bestätigt. Darüber hinaus weist der Strömungsmesser nach der vorliegenden Erfindung eine stabile Charakteristik auf und erzeugt ein starkes Wirbelsignal.
• Wie aus der vorhergehenden Beschreibung klar wird, ist es entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich, in der Praxis einen Wirbeldurchflußmesser bereitzustellen, welcher einen weiten Bereich einer Strömungsratenmessung mit hoher Genauigkeit ausführt und eine stabile Strömungsgeschwindigkeitsmessung mit einem geringen Instrumentenfehler in einem weiten Reynoldszahlgebiet ausführt.
• Darüber hinaus ist die Stabilität des Wirbels entsprechend den oben durchgeführten Experimenten niedriger, wenn die flache Platte nicht zwischen den Wirbel erzeugenden Elementen existiert. Jedoch wenn der Abstand zwischen den Wirbel erzeugenden Elementen und das Wirbelfrequenzverhältnis jeweils auf den zuvor erwähnten Wert eingestellt sind, ist die Charakteristik des Instrumentenfehlers verbessert.
• Fig. 14 ist eine Seitenschnittansicht eines Wirbeldurchflußmessers entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 15 ist eine Querschnittsdraufsicht desselben. In einem Fluiddurchgang 1 ist ein Paar von Wirbelgeneratoren 2a und 2b parallel gegen die Strömung in der Richtung der Strömung A und senkrecht dazu angeordnet. Eine flache Platte 2c ist in einer Mittenposition zwischen den Wirbel erzeugenden Elementen 2a und 2b und parallel zu diesen Elementen angeordnet. Ein Wirbelgenerator ist in Kombination mit den Wirbel erzeugenden Elementen 2a, 2b und der flachen Platte 2c aufgebaut.
• Die repräsentative Länge d des Wirbel erzeugenden Elements ist gleich der Breite der gegenüberliegenden Oberflächen des stromaufwärtigen und stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elements 2a, 2b. Die optimale Dicke tb der flachen Platte 2c beträgt 0,1d bis 0,4d (tb = 0,1d 0,4d). Der Abstand t zwischen den jeweiligen Wirbel erzeugenden Elementen muß zwischen 0,1d und 0,9d liegen (t = 0,1d 0,9d). Das Wirbelsignal wird durch den in den Fig. 14 und 15 nicht gezeigten Wirbeldetektor in ein elektrisches Signal umgewandelt, und es wird durch einen Vorverstärker 3 verstärkt und geformt und in eine rechteckförmige Wellenform geformt. Das Wirbelsignal wird in dieser Weise verarbeitet.
• Obwohl nur eine flache Platte 2c in den Fig. 14 und 15 gezeigt ist, ist es darüber hinaus möglich, eine Vielzahl flacher Platten zu verwenden oder die flache Platte wegzulassen, wenn es die Umstände erfordern.
• In Anbetracht der Charakteristiken des Wirbeldurchflußmessers nach dem Stand der Technik ist, vom Standpunkt seiner zirkularen Wirkung, der Wirkung des Wirbels, in dem Moment, wenn der Wirbel von der Endstufe (der stromabwärtigen Seite) abgelöst wird, die flache Platte durch die Summe der Wirbelwirkung um die jeweiligen flachen Platten und die Summe der Wirbelwirkung, die zwischen den jeweiligen flachen Platten auftritt, bestimmt. Die Wirbelfrequenz ist proportional zur Strouhal-Zahl, sogar, wenn die Geschwindigkeit der Strömung konstant ist, wenn sich die Strouhal-Zahl ändert. Entsprechend der Theorie der Hydrodynamik steht die Strouhal-Zahl in umgekehrter Beziehung zu der Größe der zirkularen Wirkung.
• Folglich ist die Wirbelfrequenz im Stand der Technik durch die zuvor erwähnte zirkulare Wirkung, die eine Wirbelverstärkungsfunktion an der Flachplattenseite aufweist, bestimmt, und dadurch ist die Wirbelfrequenz geringer in dem Gebiet hoher Reynolds'scher Zahlen des Verstärkungsfunktionsbereichs, das Ausmaß der Wirbelverstärkungsfunktion ist dem niedrigen Reynoldszahlgebiet verringert, und die Wirkung des stromaufwärtsseitigen Wirbel erzeugenden Elements hat Priorität über die anderen. Da die Größe ihrer zirkularen Wirkung gering ist, wird die Wirbelfrequenz ferner größer und der Instrumentenfehler tendiert zu der Plusseite. Der Instrumentengesamtfehler ist nämlich derartig, daß er in dem großen Strömungsgeschwindigkeitsbereich flach ist, und er auf einen Pluswert in dem Gebiet niedriger Strömungsgeschwindigkeit ansteigt.
• In Fig. 14, 15 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem das stromaufwärtige Wirbel erzeugende Element 2a in der Form eines gleichseitigen Dreiecks ausgebildet ist, während das stromabwärtige Wirbel erzeugende Element 2b rechteckig ist. Fig. 16 zeigt verschiedene Formen von repräsentativen Querschnitten des Wirbel erzeugenden Elements und Frequenzvariationstendenzen des Wirbels, die durch die Strömung in der Richtung A bewirkt werden. Obwohl eine Form, wie z. B. ein kreisförmiger Bogen oder eine T-Form in diesem Ausführungsbeispiel ausgelassen ist, sind Ähnlichkeiten zu den gleichseitigen Dreiecken und der Rechteckform vorhanden. Fig. 16 zeigt Trapezoide I und III, Dreiecke in II und V, und ein Rechteck in IV. In bezug auf die jeweiligen Formen des Querschnitts erzeugt das Wirbel erzeugende Element von Gruppe (a) einen Wirbel der höchsten Frequenz, dasjenige der Gruppe (c) erzeugt einen Wirbel der niedrigsten Frequenz und dasjenige der Gruppe (b) erzeugt einen Wirbel von mittlerer Frequenz.
• Obwohl sogar die Wirbel erzeugenden Elemente die gleiche Form aufweisen, unterscheidet sich die Wirbelfrequenz voneinander abhängig davon, ob die repräsentative Länge d des Elements auf der stromaufwärtigen oder der stromabwärtigen Seite angeordnet ist. Das stromaufwärtige Element erzeugt eine niedrige Wirbelfrequenz, während das stromabwärtige Element eine hohe Wirbelfrequenz erzeugt.
• Fig. 17 zeigt verschiedene Formen des Wirbelgeneratorquerschnitts als Beispiel. In Fig. 17 zeigen die jeweiligen Figuren von 17a bis 17d verschiedene Kombinationen von stromaufwärtigen Wirbel erzeugenden Elementen 2a als ein gleichseitiges Dreieck, wobei die stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elemente 2b ein Rechteck, ein Dreieck bzw. eine T-Form aufweisen. In den Anordnungen von Fig. 17a, 17b ist es möglich, einen Wirbelgenerator aufzubauen, welcher in der Lage ist, Fluid zu empfangen, das in beiden Richtungen A oder B fließt, indem das Format oder die Abmessungen entsprechend der Tendenz der Wirbelfrequenz, wie sie in Fig. 16 gezeigt ist, ausgewählt wird. Fig. 17c zeigt eine Kombination aus einem Trapezoid und einem Dreieck und Fig. 17d zeigt eine weitere Kombination aus einem Dreieck und einer T-Form. Die Richtung der Strömung ist allein auf A begrenzt.
• Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, ist es entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich, einen Wirbeldurchflußmesser zu schaffen, in welchem ein breiter Strömungsgeschwindigkeitsbereich von 1 : 50 oder mehr abgedeckt werden kann, was mit dem engeren Bereich der Strömungsratenmessung von 1 : 20 nach dem Stand der Technik zu vergleichen ist, und ein Ergebnis der gegenseitigen Wirkung des stromaufwärtigen Wirbel erzeugenden Elements und des stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elements ist. Bei einer kleinen unteren Wirbelfrequenz kompensieren sich beide gegenseitig in ihrer Reynoldszahl-Charakteristik und darüber hinaus, da die Verstärkungswirkung von einem Wirbel zu dem anderen addiert wird, kann eine stabile Wirbelströmungsmessung realisiert werden.
• Fig. 18 ist eine Querschnittsdraufsicht eines Wirbeldurchflußmessers entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Erfindung und Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht entsprechend der Linie B-B von Fig. 18. In dem in den Fig. 18 und 19 gezeigten Wirbeldurchflußmesser wird ein Ultraschallbündel als ein Wirbeldetektionsmittel verwendet. In einem durch den Durchgang 1 fließenden Fluid sind Wirbel erzeugende Elemente 2a und 2b parallel gegen die Strömung in der Richtung der Strömung A und senkrecht dazu angeordnet. Der Wirbelgenerator 2 ist in Kombination mit diesen Wirbel erzeugenden Elementen 2a und 2b aufgebaut.
• An der stromabwärtigen Seite des Wirbel erzeugenden Elements 2b ist ein röhrenförmiger Körper 4 fest installiert, so daß er das Element 2b schneidet und durch die Röhrenwand des Fluiddurchgangs 1 tritt. Ein Paar von Druckleitungsöffnungen 41 ist an der Rohrwand des röhrenförmigen Körpers 4 gebildet. Durch Leiten der zum Zeitpunkt des Auftretens eines Wirbels verursachten Druckvariation in den röhrenförmigen Körper 4 wird die Strömungsvariation, die in dem röhrenförmigen Körper 4 auftritt, durch ein Empfangselement 6 als ein Signal empfangen, das durch die Geschwindigkeitsvektorsumme der von dem Ultraschalloszillatorelement 5 übertragenen Ultraschallwellen und die zuvor erwähnte Fluidströmungsvariation modifiziert ist.
• Entsprechend dem Ergebnis der Experimente betrug die Wirbelfrequenz des Wirbel erzeugenden Elements 2a 310 Hz und diejenige des Wirbel erzeugenden Elements 2b 250 Hz. Das Verhältnis beider Frequenzen beträgt ungefähr 0,8 auf der Standardbasis des vorangehenden (des Elements 2a). Wenn die jeweilige Länge beider Elemente d ist, existiert der optimale Punkt in dem Fall, daß der Abstand zwischen beiden Elementen 0,1d bis 0,9d beträgt, und dadurch wird eine ausgezeichnete Charakteristik des Strömungsgeschwindigkeitsbereichs von 1 : 50 oder mehr realisiert. Darüber hinaus ist die Wirbelfrequenz erhöht und ein stabilerer Wirbel des ungefähr 1,5fachen kann verglichen mit dem Stand der Technik erzielt werden.
• In anderen Experimenten wurde das Wirbelfrequenzverhältnis des stromaufwärtigen Wirbel erzeugenden Elements 2a und des stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elements 2b zu einem wichtigen Faktor in bezug auf den Instrumentenfehler des Strömungsmessers. Es wurde herausgefunden, daß die oben erwähnte Charakteristik nicht erhalten werden kann, wenn das Frequenzverhältnis außerhalb des Bereichs von 0,7 bis 0,9 liegt. Obwohl es viele Kombinationen der Wirbel erzeugenden Elemente gibt, wurde eine ausgezeichnete Charakteristik durch die Verwendung der Kombination der zwei Formen, d. h. des gleichseitigen Dreiecks und der T-Form entsprechend der vorliegenden Erfindung erreicht. Darüber hinaus wird der Wirbel durch die Phasenmodulationsmethode unter Verwendung einer Ultraschalldetektoreinrichtung erfaßt, und es ist natürlich möglich, Druck, Wärme, Lichtstrahlen oder andere Mittel als Mittel zur Detektion anstelle des Ultraschallbündels zu verwenden.
• Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, ist entsprechend der vorliegenden Erfindung die Charakteristik des Instrumentenfehlers durch Beobachten des Wirbelfrequenzverhältnisses der Wirbelgeneratoren allein und durch Kombinieren dieser miteinander verbessert worden. Darüber hinaus folgt, daß die Frequenz des Auftretens von Wirbeln ansteigt und der Anwendungsbereich sich auf das Gebiet der Wirbeldurchflußmesser, die mit einem eine schnelle Reaktion erfordernden Steuersystem kombiniert sind, erstreckt.
• Der gegenwärtige Anmelder schlug einen Wirbeldurchflußmesser vor, der in der japanischen Patentanmeldung Nr. 58-60333/1983 (Offenlegungsnummer 59-187222/1984) beschrieben ist, worin ein röhrenförmiges Teil 4 hinter einem Wirbelgenerator 2 in einer gekreuzten Anordnung, wie es in Fig. 20 dargestellt ist (Fig. 21 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von Fig. 20), angeordnet ist, und worin wenigstens ein Paar von Druckleitungsöffnungen 41 in einem vorbestimmten Abstand in der Richtung der Achse des röhrenförmigen Teils 4 gebildet ist. Der gegenwärtige Anmelder stellte fest, daß in dem oben erwähnten Durchflußmesser die Fluidänderung der Strömung durch Anwenden einer Variation auf der Innenseite des röhrenförmigen Teils 4 bewirkt wird und die Fluidströmung wird eingestellt durch Leiten einer Fluidströmungsvariation in das röhrenförmige Teil 4, das einen verhältnismäßig kleinen Umfang für den Durchtritt aufweist. In einer solchen Weise kann ein in der Strömung des Fluids enthaltender Turbulenzwirbel in dem Fluiddurchgang nicht erfaßt werden, im Vergleich zu dem Fall, wenn kein röhrenförmiges Teil vorhanden ist. Folglich wird eine Störkomponente des Detektionssignals verringert und dadurch das Detektionssignal mit einer ausgezeichneten S/N-Charakteristik enthalten. Die Erfassung des bereits erzeugten Wirbelsignals wurde in der oben genannten Weise verbessert. Und ferner wurde in bezug auf den Wirbelgenertor ein Element mit einem spitzwinkeligen, gleichseitigen Dreieck in einer Richtung A der Fluidströmung angeordnet und unabhängige flache Platten wurden jeweils hinter dem Element in einer Reihe in einem gewünschten Intervall vorgesehen, wie das in der veröffentlichten Spezifikation der japanischen Patentpublikation Nr. 55-40808/1980 gezeigt ist. Auf diese Weise ist eine Verstärkungseffekt für den Wirbel gegeben, und dadurch kann ein starker stabiler Wirbel erzeugt werden.
• Entsprechend dem oben erwähnten Stand der Technik konnte ein stabiler Wirbeldurchflußmesser, welcher in der Vergangenheit nicht existierte, in Kombination mit einer Wirbelerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines starken und stabilen Wirbels und einer Detektoreinrichtung zum Erfassen des durch die Wirbelerzeugungseinrichtung erzeugten Wirbels mit einer ausgezeichneten S/N-Charakteristik realisiert werden. Um jedoch Strömungsgeschwindigkeitsmessungen in einem weiten Bereich durchführen zu können, war es notwendig, ein stärkeres Wirbelsignal zu erhalten und den Wert der Strouhal-Zahl mit einem weiten Bereich und auch konstant zu halten, um den oben genannten Bedingungen zu entsprechen. Darüber hinaus hatte der Wirbeldurchflußmesser einen Plus-Instrumentenfehler in dem Bereich geringer Strömungsrate, wie in der zuvor erwähnten veröffentlichten Spezifikation der japanischen Patentpublikation Nr. 55-40804/1980 beschrieben ist. Obwohl der Wirbelgenerator stabil war, war er daher ungeeignet für einen Durchflußmesser, der einen weiten Bereich der Strömungsgeschwindigkeitsmessung erfordert.
• Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten Tatsachen gemacht. Der gegenwärtige Anmelder bemerkte, daß in dem Aufbau der Wirbeldetektoreinrichtung, in welcher die Druckleitungsöffnungen 41 nach dem Stand der Technik in der Richtung der Achse des röhrenförmigen Teils 4 vorgesehen waren, der durch den Wirbelgenerator erzeugte Wirbel davon dreidimensional als ein Wirbelpfeiler abgelöst worden ist, und der gegenwärtige Anmelder bildete Druckleitungsöffnungen in der Richtung des Wirbelpfeilers aus, um die Druckvariation effektiv zu leiten. Der gegenwärtige Anmelder bemerkte ferner, daß die den Wirbelgenerator bildenden Wirbel erzeugenden Elemente ein unabhängiges Wirbelfrequenzverhältnis zum Zwecke des Erzielens eines Durchflußmessers mit einer ausgezeichneten linearen Charakteristik in einem weiten Bereich der Strömungsratenmessung durch Verbesserung der dem Wirbelgenerator innewohnenden Charakteristik aufwiesen. Im Ergebnis wurde der Gegenstand des Standes der Technik verbessert.
• Die Fig. 22 bis 25 sind Strukturansichten zum Erklären eines weiteres Ausführungsbeispiels der Erfindung. In den Fig. 22 bis 25 sind dieselben Referenzzahlen für die Teile mit dem gleichen Aufbau wie diejenigen nach dem in den Fig. 20 bis 21 gezeigten Stand der Technik verwendet. Der Wirbelgenerator 2 ist mit einem Wirbel erzeugenden Element 2a versehen, das einen Querschnitt mit einem gleichseitigen Dreieck aufweist und an der stromaufwärtigen Seite plaziert ist, einem Wirbel erzeugenden Element 2b, das einen T-förmigen Querschnitt aufweist und an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, und mit einem Flachplattenelement 2c, das dazwischen angeordnet ist. Diese Elemente sind in der Reihenfolge 2a, 2c und 2b an der stromaufwärtigen Seite vorgesehen und ihre repräsentative Länge d ist jeweils gegenüberliegend zu den anderen vorgesehen. Ein röhrenförmiges Teil 4 zum Leiten der Druckvariationen infolge eines Wirbels ist gehaltert hinter einem Wirbelgenerator 2 angeordnet und in der oben erwähnten Weise installiert, so daß er den Wirbelgenerator 2 kreuzt und durch die Wand des Fluiddurchgangs 1 tritt.
• Fig. 24 zeigt die Details des röhrenförmigen Teils 4. Ein Paar von Röhrenteilen 42 ist fest auf dem röhrenförmigen Teil 4 fixiert, um dasselbe senkrecht dazu zu schneiden und damit in Verbindung zu stehen. Und ferner ist die Endoberfläche der Röhrenteile 42 geschlossen und eine Vielzahl von Druckleitungsöffnungen 43 ist auf der Wand des geraden Röhrenteils 42 geöffnet. Die Druckvariation wird in die Druckleitungsöffnungen 43 geleitet und eine dementsprechende Fluidverschiebung wird bewirkt, wie durch den Pfeil C in Fig. 24 gezeigt ist. Im Fall der Erfassung der Fluidverschiebung, eines modulierten Ultraschallsignals, wird ein schallabsorbierendes Material 44, wie z. B. ungewebtes Rohtuch, wird auf der Innenwandoberfläche von einem Paar von Rohrteilen 42 festgeklemmt, um so dasselbe zum Zwecke des Hinderns einer turbulenten Komponente von Ultraschallwellen, die in der Fluidströmung enthalten sind, am Eintreten in die Rohrteile 42 zu überziehen.
• Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht eines schallabsorbierenden Materials 44. Eine Kerbe 45 ist so ausgebildet, daß sie die Druckleitungsöffnung 43 nicht schließt. Auf der anderen Seite ist der Wirbelgenerator 2 in einer solchen Weise konstruiert, daß das Verhältnis der Wirbelfrequenz des Wirbel erzeugenden Elements 2a und derjenigen des Wirbel erzeugenden Elements 2b Werte zwischen 0,7 und 0,9 annimmt. Das Flachplattenelement 2c ist zwischen diesen Wirbel erzeugenden Elementen parallel dazu angeordnet. In bezug auf die Positionsbeziehung dieser Elemente sind die Abmessungen t&sub1;, t&sub2; und t&sub3;, wie in Fig. 22 gezeigt ist, jeweils festgelegt, wobei t&sub1; ein bestimmter Abstand zwischen Elementen 2a und 2c, t&sub2; eine bestimmte Dicke von Elementen 2c und t&sub3; ein bestimmter Abstand zwischen Elementen 2c und 2b ist. Die Werte von t&sub1; bis t&sub3; sind ausgewählt, so daß sie gleich 0,1d und 0,4d sind (t&sub1; t&sub3; = 0,1d 0,4d). Der Wirbeldurchflußmesser, der in den in den Fig. 22 bis 25 gezeigten Weise aufgebaut ist, ist in der Lage, einen Wirbel mit einer ausgezeichneten linearen Charakteristik durch die Wirkung der Interferenz infolge der Wirbelfrequenzdifferenz zwischen den jeweiligen Wirbel erzeugenden Elementen zu erzielen.
• Genauer gesagt ist, da die Wirbelerzeugungsfrequenz des stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elements 2b gering ist, die Zirkulation des Wirbels stark und dominiert den Bereich hoher Reynolds'scher Zahlen, und die Frequenzdifferenz des Wirbels, der bei der niedrigen Reynolds'scher Zahl erzeugt wird, reguliert die Wirbelfrequenz in dem niedrigen Reynoldszahlbereich durch die Wirkung der Interferenz, wobei der Wirbel des Wirbel erzeugenden Elements 2a in den Lücken zwischen den Wirbel erzeugenden Elementen 2a und 2b auftritt.
• Der von dem Wirbelgenerator abgelöste Wirbel strömt, wie oben erwähnt wurde, nach abwärts als ein Wirbelpfosten, parallel zur Achse des Wirbelgenerators, und daher erscheint eine Druckvariation mit einer Tendenz, die dem Wirbelfluß folgt. Folglich wird die geleitete Druckdifferenz erhöht und gleichgemacht.
• Und ferner wird ein Flachplattenelement 2c zum Leiten des durch das Wirbel erzeugende Element 2a erzeugten Wirbels in dem Bereich zwischen den Lücken t&sub1; und t&sub3; und zum Erlangen eines erhöhten Verstärkungseffekts verwendet. Zusätzlich zu dem Aufbau des in der Fig. 22 gezeigten Wirbelgenerators können andere Konstruktionen, z. B. die Konstruktion von Fig. 26, realisiert werden. Es ist wichtig, die zuvor erwähnten Bedingungen diesen Konstruktionen hinzuzufügen.
• Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, ist es entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich, einen Wirbeldurchflußmesser bereitzustellen, in welchem ein stabiles Wirbelsignal von ausgezeichneter linearer Charakteristik proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit über einen weiten Bereich der Wirbelerzeugungsfrequenz erzeugt werden kann, und andererseits, da eine stärkere Druckvariation zum Zeitpunkt der Erfassung des Wirbels erzielt werden kann, der Meßbereich des Durchflußmessers merklich breiter in Relation zu den beiden oben erwähnten Gegenständen wird.

Claims (11)

1. Ein Wirbeldurchflußmesser mit:

einem Wirbelgenerator, welcher eine Vielzahl von Wirbel erzeugenden Elementen umfaßt, die innerhalb eines Fluiddurchgangs (1) angeordnet sind, wobei sich jedes Element in einer Richtung senkrecht zur Richtung eines durch den Durchgang (1) strömenden Fluids erstreckt;

und wobei die Vielzahl wenigstens zwei Elemente (2a, 2b) umfaßt, welche hintereinander, gesehen in der Richtung der Fluidströmung, und parallel in einem vorbestimmten Abstand t dazwischen angeordnet sind, und der Querschnitt des stromabwärtigen Wirbel erzeugenden Elements (2b), in einer Ebene parallel zur Fluidströmungsrichtung, die Form eines Dreiecks, eines Rechtecks oder eine T-Form aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Wirbel erzeugenden Elemente derart vorgesehen sind, daß das Verhältnis der Wirbelfrequenz, die durch das stromabwärtige Element (2b) erzeugt wird, wenn es allein innerhalb des Fluiddurchgangs angeordnet wäre, und der Wirbelfrequenz, die durch das stromaufwärtige Element (2a) erzeugt wird, wenn es allein in dem Fluiddurchgang angeordnet wäre, zwischen 0,7 und 0,9 liegt.

2. Ein Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der zwei Elemente (2a, 2b), in einer Ebene parallel zur Fluidströmungsrichtung, die Form eines gleichseitigen Dreiecks und jedes der zwei Elemente einen Winkelpunkt auf der Achse des Fluiddurchgangs aufweist.

3. Ein Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des stromaufwärtigen Elements (2a) in einer Ebene parallel zur Fluidströmungsrichtung, die Form eines gleichseitigen Dreiecks und das stromaufwärtige Element einen Winkelpunkt auf der Achse des Durchgangs aufweist, und der Querschnitt des stromabwärtigen Elements (2b), in einer Ebene parallel zur Fluidströmungsrichtung, T-förmig ist.

4. Ein Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des stromaufwärtigen Elements (2a) in einer Ebene parallel zur Fluidströmungsrichtung bogenförmig auf seiner stromaufwärtigen Seite ist, und der Querschnitt des stromabwärtigen Elements (2b), in einer Ebene parallel zur Fluidströmungsrichtung, T-förmig ist.

5. Ein Wirbeldurchflußmesser nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten (d) der gegenüberliegenden Oberflächen der zwei Elemente einander gleich sind.

6. Ein Wirbeldurchflußmesser nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (t) zwischen den zwei Elementen (2a, 2b) gleich 0,1d bis 0,9d ist, wobei d die Breite der gegenüberliegenden Oberflächen ist.

7. Ein Wirbeldurchflußmesser nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine flache Platte (2c) zwischen den zwei Elementen (2a, 2b) parallel zu ihren gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet ist.

8. Ein Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der flachen Platte (2c) und die Breite (d) der zwei gegenüberliegenden Oberflächen einander gleich sind.

9. Ein Wirbeldurchflußmesser nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen der flachen Platte (2c) und dem stromaufwärtigen Element (2a) und zwischen der flachen Platte (2c) und dem stromabwärtigen Element (2b) einander gleich sind.

10. Ein Wirbeldurchflußmesser nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der flachen Platte (2c) zwischen 0,1d und 0,9d liegt, wobei d die Breite der gegenüberliegenden Oberflächen ist.

11. Ein Wirbeldurchflußmesser nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbeldurchflußmesser einen röhrenförmigen Körper umfaßt, welcher fest bei dem Fluiddurchgang angebracht ist, so daß er sich durch diesen an der stromabwärtigen Seite des Wirbelgenerators in einer das Wirbel erzeugende Element kreuzenden Richtung erstreckt, gesehen in der Richtung der Fluidströmung, und der mit einem Paar von ersten Druckleitöffnungen, die an einer Stelle nahe der Befestigungsposition des röhrenförmigen Körpers gebildet sind, und einem Paar von Hohlraumkammern, die starr an der Außenwand des röhrenförmigen Körpers gebildet sind und ein Paar von zweiten Druckleitöffnungen aufweisen, die in Verbindung mit dem ersten Paar von Druckleitöffnungen stehen, die auf der Wandoberfläche der zwei Hohlraumkammern gebildet sind, versehen ist, und daß die Verschiebung von Fluid, das in dem röhrenförmigen Körper strömt, durch die Wirbeldruckvariationen, die in dem Paar von ersten Druckleitöffnungen und in dem Paar von zweiten Druckleitöffnungen auftreten, erfaßt wird.