JP2514679B2 - 渦流形流体流量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体流の方向に概略直角に配置された細長い
切立った本体を含む渦発生器と、渦発生器に概略平行に
かつその下流に流れの方向に概略平行な平面状に配置さ
れた細長い平面状部材の渦検知器とからなり、渦検知器
が一端で流路の壁部に固着され他端でインパルス検知器
の力受取部材に連結されているようにした流量計に関す
るものである。容積流量は渦発生の周波数により決定さ
れ、質量流量は渦検知器に作用する渦流によって発生す
る屈曲した流線により生ずる交互的な揚力の振幅によっ
て決定され、これらの流量はインパルス検知器からの電
気信号を処理し解析することにより得られる。所望によ
り渦検知器に電磁石を設け、既知の大きさのパルス状ま
たは交互的モードのテスト力を平面状部材に発生させて
渦検知器の揚力とインパルス検知器の出力の振幅との間
の比例関係をリアルタイムに較正する。

本出願に開示されている発明の優先性は1986年10月24
日付の「レバー作用の信号増幅を行う渦流流量計」とい
う名称の米国特許出願第92285号、1987年３月30日付の
「機械的予増幅を行うインパルス検出器」という名称の
米国特許第031901号、1987年３月30日付の「３−１型渦
流流量計」という名称の米国特許出願第031902号に基づ
くものである。

従来の渦流流量計は容積流量だけを測定するものであ
り、低速度で流体流量を測定することができない。例え
ば従来の最良の渦流流量計でも6.1〜7.6m/cec（20〜25f
t/sec）より低速の標準状態の空気流や0.3〜0.6m/cec
（１〜2ft/sec）より低速の水流を測定することができ
ない。1m/sec程度の空気流や0.1m/sec程度（数分の1ft/
secの数分の１）の水の流れのような非常に規則的で明
瞭なパターンの非常に低速な流体の流れにおいて渦流の
現象が生ずることはよく知られている。

本発明の主たる目的は例えば1.5〜3m/cec（５〜10ft/
sec）程度の空気流や0.03〜0.09m/cec（0.1〜0.3ft/se
c）程度の水の流れのような広い範囲の流体の流れを測
定することができる渦流流量計を提供することである。

本発明の他の目的は容量流量とともに質量流量をも測
定する渦流流量計を提供することである。

本発明のさらに他の目的は流体の密度をも測定する渦
流流量計を提供することである。

本発明のさらに他の目的は一端で流炉の壁部に固着さ
れ他端でレバー部材に連結された細長い平面状部材の渦
検出器を有し、レバー部材が屈撓可能または半剛性の状
態のインパルス検出器の力受取部材に連結されているよ
うにした渦流流量計提供することである。

本発明のさらに他の目的は一端で流路の壁部に固着さ
れ他端でレバー部材に連結された細長い平面状部材の渦
検出器を有し、レバー部材がこれに収容されあるいはこ
れに連結された歪みまたは動作の検出手段を含むように
した渦流流量計を提供することである。

本発明のさらに他の目的は一端で流路の壁部に固着さ
れインパルス検出器の力受取部材に屈撓可能または半剛
性的に連結された細長い平面状部材の渦検出器を有する
渦流流量計を提供することである。

本発明のさらに他の目的は渦検出器に既知の大きさの
インパルスを生ぜしめる電磁石を有し、それにより渦で
生ずる揚力の大きさとトランスデューサの出力の振幅と
の間の比例関係がリアルタイムに較正されるようにした
渦流流量計を提供することである。

本発明の上述及び他の目的、作用及び効果は以下の説
明からかとなろう。

図面を参照して本発明を明確かつ詳細に説明する。

第１図は本発明による弾性支点手段を備えた力伝達レ
バーを使用する渦発生器の−渦検出器結合の実施例を示
す図であり、 第２図はピボット支点手段を備えた力伝達レバーを使
用する本発明による渦発生器−渦検出器の結合の実施例
を示す図であり、 第３図は力伝達レバーに固定的に連結されたトランス
デューサの屈撓可能な力受取部材を使用する本発明によ
る渦発生器−渦検出器の結合の実施例を示す図であり、 第４図は中間位置に配置された支点手段を備えた力伝
達レバーを使用する本発明による渦発生器−渦検出器の
結合の実施例を示す図であり、 第５図は動作検出器と組合わせた力伝達レバーを使用
する本発明による渦発生器−渦検出器の結合の実施例を
示す図であり、 第６図は捩りないしトルク検出器に連結された力伝達
レバーを使用する本発明による渦発生器−渦検出器の結
合の実施例を示す図であり、 第７図は揚力の大きさとトランスデューサの出力との
間の比例関係を較正するための既知の大きさのインパル
スを渦検出器に作用させる電磁石を含む本発明による渦
発生器−渦検出器の結合の実施例を示す図であり、 第８図はトランスデューサの力受取部材と渦検出器と
を連結する屈撓可能な継手を含む本発明による渦発生器
−渦検出器の結合の実施例を示す図であり、 第９図はトランスデューサの力受取部材と渦検出器の
延長部とを連結する屈撓可能な継手を含む本発明による
渦発生器−渦検出器の結合の実施例を示す図であり、 第10図は較正のためのインパルス発生用電磁石を含む
本発明による渦発生器−渦検出器の結合の実施例を示す
図であり、 第11図は本発明によるインパルス検出器の実施例の断
面図であり、 第12図は第11図に示されるインパルス検出器の別の断
面図であり、 第13図は第11図に示されるインパルス検出器のさらに
別の断面図であり、 第14図は第11図に示されるインパルス検出器のさらに
別の断面図であり、 第15図は第11図に示されるインパルス検出器に適合す
る圧電素子の別の結合を示す図であり、 第16図は第11図に示されるインパルス検出器に適合す
る圧電素子のさらに別の結合を示す図であり、 第17図は本発明によるインパルス検出器の別の実施例
の断面図であり、 第18図は第17図に示されるインパルス検出器の別の断
面図であり、 第19図は第17図に示されるインパルス検出器のさらに
別の断面図であり、 第20図に本発明による渦発生器−渦検出器の種々の結
合を一体構造の流量計として構成するのに好ましい実施
例の断面図であり、 第21図は第20図に示される流量計の構造に使用される
スリーブ管の斜視図であり、 第22図は第21図に示される結合に含まれる渦検出器の
切取って示した図である。

本発明は従来技術と対比して構造及び作用において優
れた以下のような新規な原理に基づくものである。第１
に、本発明によれば渦検出器は流路の壁部に固定的に取
付けられ、この配置により共鳴周波数が渦発生周波数の
作動範囲より遥かに高くなり、その結果渦検出器とトラ
ンスデューサの力受取部材との間の屈撓可能な連結の使
用が可能になり、低い強度の渦の検出感度が高くなる。
従来技術によれば、渦検出器は流路の壁部に屈撓可能に
連結されるが、これは本発明とは逆である。従来技術に
よる渦検出器とトランスデューサの力受取部材との固定
的な連結は、力の大部分が固定的な連結に吸収されて小
部分のみがトランスデューサに伝達されるので、最低レ
ベルでトランスデューサによって検出される閾値がずっ
と高いことが要求され、これに対して本発明による渦検
出器とトランスデューサの力受取部材との間の屈撓な連
結は大部分の力をトランスデューサに伝達し、その結果
従来技術により測定可能な最低レベルより遥かに低い強
度の渦を検出可能である。第２に本発明は渦検出器とし
て最適の弦長をもつウィングの使用を可能とする。渦発
生器として使用される切立った本体の理想的な幅は流路
の直径の1/4である。渦発生により切立った本体の２つ
の辺から交互的パターンで生ずる正弦曲線状の流線の波
長はほぼ切立った本体の幅の８倍に等しい。従って渦検
出ウィングの最適の弦長は切立った本体の幅の３〜４倍
となり、これはほぼ流路の直径に等しい。従来技術によ
ればトランスデューサに固定的に連結された渦検知ウィ
ングは流路の壁部における孔を貫通する必要があった。
流体流に与える乱れと製造上の問題から流路の壁部を貫
通する孔の長さは流路の直径の約1/2に制限される。そ
れゆえ従来技術による渦検出ウィングの弦長は最適値の
約1/2であり、これに対して流路の開口を通して設置さ
れた本発明による渦検知ウィングは流路の直径に等しい
最適な弦長を有する。本発明における渦検出知ウィング
の揚力面の面積を２倍にすると渦検出の感度が２倍にな
る。第３に本発明は容積流量、質量流量及び流体密度を
測定可能であるが、従来技術は容積流量のみを測定す
る。渦発生の周波数は流体速度に比例し、この関係が従
来技術においても本発明においても容積流量測定に使用
される。渦検知ウィングに作用する交互的な揚力の振幅
は流体速度の２乗と流体密度との積すなわち動圧に比例
する。本発明によれば動圧は渦検知ウィングに作用する
交互的な揚力の振幅を測定することによって決定され、
これを流体速度及び流体速度の２乗でそれぞれ除算する
ことにより質量流量及び流体密度が求められる。本発明
による前述の新規で独特な原理は画気的で卓越した流量
計を与えるものであり、これは高速度の流れとともに非
常に低い速度の流れを測定できる渦流容積流量計にも、
また広範囲な流れにおける容積流量、質量流量及び流体
密度を測定する多機能型渦流流量計としてもよい。

第１図に本発明による渦流流量計の実施例の斜視図を
示してあるが、これは渦発生器と、渦検出器と、トラン
スデューサとを含み、これらの素子は第20図に示される
ような結合体として配置されよう。渦発生器は流れの方
向にほぼ直角に流れの中に配置された細長い切立った本
体を含み、本体１の一端または両端は流路の壁部に固着
される。渦検出器は本体１の下流にかつ本体１に平行に
配置された平面状の部材２を含み、平面状の部材すなわ
ち検知ウィング２の弦線の平面は流れの方向にほぼ平行
である。検知ウィング２はその一端４が流路の壁部３に
固着されており、立端６で力伝達レバー５に連結されて
いる。力伝達レバー５は流れの方向にほぼ平行に流路の
壁部７に近接して配置されており、その検知ウィング２
に連結された端部と反対側の端部に配置された支点手段
８を含み、支点手段は切立った本体１の縦方向の軸にほ
ぼ平行な軸を中心として小角度だけ回動可能に流路の壁
部に力伝達レバー５を連結してある。この特定の実施例
において、支点手段は８は検知ウィングの弦平面なほぼ
垂直な平面上に配置され一端において力伝達レバー５に
固着され他端において流路の壁部７に固着された平坦な
弾性部材を含む。力伝達レバー５の長さの中間位置にソ
ケット９が設けられ、力受取部材11の球状端部10と係合
し、球状端部10はトランスデューサ収容容器12の閉端部
をなす薄いフランジから出ており、トランスデューサ収
容容器12は歪検出素子または応力検出素子となされるト
ランスデューサ素子を収容する。力伝達レバー５と力受
取部材11とを連結する球−ソケット型の継手は可撓性継
手として公知の他の形式の揺動または可撓性継手で代替
可能である。

切立った本体１の両側から交互的パターンで発生する
渦によって正弦曲線状の流線が本体１の下流に生じ、そ
の波長は流体速度Ｕを渦発生の周波数ｆで除算したもの
となる。渦発生の周波数ｆが流体速度Ｕに比例すること
はよく知られている。従って正弦曲線状の流線の波長は
流体速度に無関係にほぼ一定である。正弦曲線状の流線
内にある検知ウィング２は渦発生の周波数と同一の周波
数で方向を変える交互的な揚力を受ける。検知ウィング
２に作用する交互的な揚力またはそれによる横方向の屈
撓はトランスデューサ収容容器に収容されるトランスデ
ューサ素子に力伝達レバー５および力受取部材11を介し
て伝達される。トランスデューサ素子は検知ウィング２
からの機械的信号を電気的に変換し、電気的信号は電子
的分析回路によって処理され分析される。流体速度Ｕは
大部分の工業的及び個人的な流れ測定を含む広い流速範
囲において渦発生周波数ｆに比例する。流速と渦発生周
波数との比例関係は流量計の較正時に実験的に決定され
る。本発明による渦発生流量計は検知ウィング２に作用
する交互的揚力によって生ずるトランスデューサからの
電気的信号を分析することによって検出された渦発生周
波数に基づいて流体速度または容積流量を決定する。検
知ウィング２に作用する交互的揚力の振幅は流体速度の
２乗と流体密度との積にほぼ比例する。トランスデュー
サからの電気的信号の振幅は検知ウィング２に作用する
交互的揚力の振幅に対して直線的または準直線的に関数
となり、この関数関係は流量計の較正時に決定される。
質量流量は動圧を流体速度で除算したものに比例するの
で、本発明による渦発生流量計で検知ウィング２に作用
する交互的揚力の振幅に基づき質量流量を決定する。動
圧は流量計の較正時に決定される実験的関係に基づき検
知ウィングに作用する交互的揚力の振幅から決定され、
流体速度は交互的揚力の周波数から求められる。もちろ
ん本発明よる渦発生流量計は動圧と流体速度の２乗との
比として流体密度を決定する。すなわち本発明による渦
発生流量計は容積流量と質量流量と流体密度とを同時
に、またはこれら３つのうち使用者の機能的または経済
的要求により所望の１つまたは２つを同時に測定可能で
ある。

第２図は第１図と実質的に同じ素子及び構造をもつ実
施例を示すが、１つの相違点がある。トランスデューサ
収容容器16の１つの閉端部から出ている力受取部材15が
概略平坦なバーを含みその先端が力伝達レバー17に固着
されている。第１〜３図に示す力伝達レバーと力受取部
材とを連結する種々の支点手段及び継手は図示しない他
の組合わせにも適用可能である。

第４図は第２図と同様な本発明による渦発生流量計の
実施例を示すが、力伝達レバー19の支点手段18はそれぞ
れ検知ウィング20とトランスデューサ収容容器21とに連
結された力伝達レバーの両端の中間位置にあるという相
違点がある。力伝達レバーと力受取部材との継手の特定
形式と支点手段の特定形式とは第１〜３図に関して説明
したうちの１つの形式または力伝達手段として公知の他
の形式のものとしてもよく、これは溶接、螺合、しまり
嵌め等によって与えられる弾性的、半剛性的、または剛
性的な継手を含むことができる。

第５図に示す本発明の渦発生流量計は検知ウィング22
と自由に回動するように支持された力伝達レバー23との
結合を用いている。流れの方向にほぼ平行な軸線を中心
として自由に回動するようにして検知ウィングの一端24
が流路の壁部に単純に支持され、他端25は自由に枢支す
る支点手段26を含む力伝達レバー23に連結され、支点手
段26は力伝達レバー26の長さの中間位置にある。検知ウ
ィング22に連結された端部と反対側の力伝達レバー23の
端部は動作検出標的27を含む。動作検出器28が検知ウィ
ングに作用する交互的揚力によって生ずる標的27の振動
を検出する。第１〜４図に実施例の検知ウィングはその
一端で固定的に支持されており、従って検知ウィングと
力伝達レバーとの結合体は検知ウィングの固定的支持の
与える堅固さによって高い共鳴周波数を有する。この共
鳴周波数は渦発生周波数範囲より遥かに高く、トランス
デューサからの信号を分析する電子的プロセッサに含ま
れる電子的フィルタによって除去される。第５図に示す
実施例の検知ウィングは弾性剛度がゼロであるので、ゼ
ロまたは著しく低い共鳴周波数を有し、これは渦発生周
波数に干渉しないものである。

第６図は本発明の過発生流量計の別の実施例を示し、
その素子及び構造は第３図のものと同様である。力伝達
レバー29は検知ウィング31に取付けられた端部と反対側
の端部に配置された枢支点手段30を含む。折曲げられた
力受取部材32がトランスデューサ収容容器34の閉端部を
なす薄いフランジ33から出ていて、これが力伝達レバー
29に連結されている。トランスデューサ収容容器34内の
フランジ33を枢支支点手段30の枢支軸線35を含む平面上
に配置することにより最大感度が得られる。

第７図はさらに別の実施例を示し、検知ウィングに作
用する交互的揚力の振幅測定を間欠的またはリアルタイ
ムに較正する手段を含む。渦発生現象に本質的なもので
あり、従って渦発生周波数から流体速度を決定すること
について誤差の原因は内在しない。これに対して渦発生
現象によって生ずる交互的揚力の振幅は流体流に本質的
なものであるがその測定には検知ウィングとトランスデ
ューサとの間の連結の電気機械的特性の変化による内在
的誤差の原因がある。換言すれば検知ウィングの揚力の
振幅とトランスデューサの出力の振幅との関係は検知ウ
ィング及びそのトランスデューサとの機械的特性が経年
変化、摩耗、その他により変化することによって変化す
る。検知ウィング37と力伝達レバー39との結合体に固着
された強磁性素子38が電磁石36のコア40に吸着されると
き電磁石36は検知ウィングに既知の大きさの横方向の力
を間欠的にまたは連続的なパルス状に作用させるもの
で、コア40はその端側が強磁石素子38に横方向に間隔を
おいて近接している。電子データプロセッサは電磁石36
により検知ウィングに作用する横方向の力の大きさと該
横方向の力によって生ずるトランスデューサの出力の振
幅との比をつくり、次に検知ウィング37に作用する交互
的揚力の真の振幅を測定するためこの比に渦流によって
生ずるトランスデューサの出力の振幅を乗算する。従っ
て第７図に示す本発明の渦発生流量計の実施例はトラン
スデューサの出力の振幅から質量流量を正確に決定する
ものである。力伝達レバー43と力受取部材44との間の連
結と支点手段41との図示の形態は第１〜６図に示す種々
の形式の１つ、または従来の力−運動伝達の技術におい
て公知の他の形式のもので代替してもよい。

第８図は本発明の渦発生流量計の別の実施例を示し、
検知ウィングとトランスデューサとは可撓性または自在
継手によって連結され、力伝達手段は設けられていな
い。検知ウィング45の一端は流路の壁部に固着され、他
端は球−ソケット型継手48を介してトランスデューサ収
容容器47の閉端部から出ている力受取部材46に連結され
ている。球−ソケット型継手48は検知ウィング45に取付
けられた球継手を含み、これがトランスデューサ収容容
器47の閉端部をなす薄いフランジから出ている力受取部
材46に含まれるソケットに係合する。この実施例に示す
球−ソケット型継手は他の形式の枢支継手または可撓性
継手で代替してもよい。検知ウィング45と力受取部材46
とを連結する可撓性継手48は低い強度の渦を検知する優
れた感度を有するが、これは検知ウィングに著しく小さ
い交互的揚力が作用した場合でも可撓性の継手に十分な
屈撓動作が生ずるためであり、その結果として交互的揚
力が力受取部材46に伝達される。検知ウィング45の一端
が流路の壁部に固定的に連結されていることによって検
知ウィングは渦発生周波数範囲より十分に高い共鳴周波
数をもつ。第８図の渦発生流量計は第１図に関しての説
明と同じ原理で作動する。

第９図は１つの相違点以外は第８図のものと同様な本
発明の渦発生流量計の実施例を示す。検知ウィングは一
端において流路の壁部に固着され、角度をなす突出部50
が他端から渦発生用の切立った本体51に向かって流れの
方向にほぼ平行に突出している。角度をなす突出部50の
端部はトランスデューサ収容容器53から出ている力受取
部材52にこの実施例に示す球−ソケット型継手または第
10図に示す弾性または半剛性のバー継手等の可撓性継手
54を介して連結されている。検知ウィング49に作用する
交互的揚力によって渦の周波数及び強度を検出するため
に、検知ウィング49は切立った本体51の下流でデッドフ
ロー領域の後流の外側に配置する必要がある。第９図に
示す実施例は検知ウィング49を所望の下流位置に配置す
ることを可能としかつトランスデューサを流量計の中間
位置に配置することを可能とする。第８図に示す実施例
は検知ウィングを切立った本体に関して平行でいくらか
偏倚した関係に配置することがデッドフロー領域の後流
を避けるために望ましい。

第10図は本発明の渦発生流量計の別の実施例を示し、
第７図に関して説明したのと同じ較正の目的の電極石55
を含む。検知ウィング57と角度のついた突出部58との結
合体に固着された強磁性素子56は電磁石55が既知の量の
パルス状電流によって付勢されるとそのコア59に吸着さ
れる。この実施例において角度のついた突出部58の端部
はトランスデューサ収容容器61から出ている平坦な弾性
または剛性の構造体の力受取部材60に連結されている。
角度のついた突出部とトランスデューサとを連結する可
撓性継手はこの実施例に示す弾性または剛性のバー継手
に代えて球−ソケット型継手等の自由に屈撓する継手と
してもよい。第10図の渦発生流量計は第７図に関連して
説明したものと同様に作動する。

第11図は第１〜10図に示す流量計に使用するのに適し
たトランスデューサ装置の好ましい実施例の断面図であ
る。このトランスデューサ装置は薄いフランジ63からな
る閉じた端部を有する収容容器62を含んでおり、フラン
ジ63には流れの方向にほぼ平行な平面に沿ってフランジ
を横切って配置された補強リブ64が設けられている。リ
ブ64から出ている力受取部材65が検知ウィングに直接
に、または力伝達レバーまたは角度のついた突出部を介
して可撓性継手66により連結される。トランスデューサ
収容容器62は１対の圧電ディスク67、68とそれぞれ圧電
ディスクに接触しかつ誘電体ディスク71によって相互に
電気的に絶縁されている１対の導電性ディスク69、70と
を含み、これらの素子は同軸の組立体をなしており、こ
れが収容容器62の開いた端部に螺合するプラグ72によっ
て押付けられるので、薄いフランジ63と圧力接触する。
１対の導電性ワイヤ73、74がそれぞれ２つの導体ディス
ク69、70から突出しており、プラグ72の孔を通って導か
れて、圧電ディスク67、68により発生する電気的信号を
電子的信号分析回路に伝達する。円筒形の積重ねとして
形成された圧電ディスクは収容容器62の円筒形壁部から
その間の環状の空間75によって分離されており、この配
置はトランスデューサ素子の積重ねを収容容器62から電
気的に絶縁するだけでなく、力受取部材65からトランス
デューサ素子への薄いフランジ63を介しての応力の伝達
を強化する。検知ウィングに作用する交互的な揚力は力
受取部材65に薄いフランジ63と補強リブ64との交線にほ
ぼ一致する軸線の回りでのトルクまたは回動動作を生ぜ
しめる。第11図に示す圧電ディスクの使用は第１〜10図
に示す流量形に適用可能な各種トランスデューサ装置の
単なる一例であることが理解されよう。例えば適当な高
さのリブ64または薄いフランジに歪みゲージを取付けて
圧電ディスクに代替することもできる。

第12図には第11図とは別のトランスデューサ装置が第
11図の直線12−12に沿う断面図として示されている。薄
いフランジ63を横切って設けられたリブ64はねじプラグ
72による圧力負荷によるフランジ63の変形を防止し、薄
いフランジ63とリブ64との交線にほぼ一致する軸線の周
りの力受取部材65の微小な回動を妨げない。リブ64を含
む平面と流れの方向に平行に配置された検知ウィングの
弦平面とを合致させることが重要である。

第13図にはさらに別のトランスデューサ装置が第11図
の直線13−13に沿う断面図として示されている。圧電デ
ィスク67はリブ67を含む平面の周りに幾何学的に対称に
配置された２つの反対の分極極性の圧電素子76、77の各
々の一方の側は導体ディスク69に物理的かつ電気的に接
触し、他方の側は金属性の薄いフランジ63に接地されて
いる。

第14図にはさらに別のトランスデューサ装置が第11図
の直線14−14に沿う断面図として示されている。圧電デ
ィスク68はリブ64を含む平面の周りに対称に配置された
単一の圧電素子からなる。圧電素子68の一方の側は導体
ディスク70に物理的かつ電気的に接触し、他方の側は金
属製プラグ72に接地されている。

流量計の部品の機械的振動により第１の圧電ディスク
67の２つの反対極性の半部76、77から反対の符号の起電
力が発生するが、これらは互いに打消す。一方検知ウィ
ングに作用する交互的揚力に基づく力受取部材65のトル
クまたは回動動作は圧電ディスク67の２つの反対の極性
の半部76、77に同一符号の起電力を発生させ、これらは
加算されて渦発生現象を示す電気信号となる。第１の圧
電ディスク67の２つの半部の幾何学的形状が対称的で分
極極性が完全に反対称であれば、第１の圧電ディスク67
は渦の信号のみをピックアップし、機械的振動に基づく
ノイズをピックアップしない。実際にはこれは完全には
達成されず、第１の圧電ディスク67は主として渦の信号
を、また少量の機械的信号に基づくノイズをピックアッ
プする。渦発生現象は第２の圧電ディスク68の２つの同
一の極性の半部に反対の符号の起電力を発生させるが、
これらは互いに打消す。一方機械的振動は第２の圧電デ
ィスク68の２つの半部に同一の符号の起電力を発生さ
せ、これらは加算されてノイズ信号となる。すなわち第
２の圧電ディスクは主としてノイズをピックアップし、
また渦の信号はほとんどピックアップしない。２つの圧
電ディスクからの起電力はノイズが除去され渦信号のみ
が得られるように組合わせられ、このように処理された
信号が次に電子的信号分析回路によって分析されて検知
ウィングに作用する交互的揚力の周波数及び振幅が求め
られ、これから容積流量、質量流量及び／または流体密
度が得られる。

第15図は第11図に示すものと同様に収容配置された２
つの圧電ディスクの別の実施例を示す。第13図の断面と
同様な断面（ａ）は薄いフランジの補強フランジの補強
リブを含む平面の周りに対照的に配置された第１の圧電
ディスク78を示し、一方の半部79のみが分極した円形デ
ィスクとすることができる。第14図の断面と同様に断面
（ｂ）は補給リブを含む平面の周りに対称的に配置され
た第２の圧電ディスク80を示し、図示のように一方の半
部のみが分極しあるいは両方の半部が分極した円形ディ
スクとすることができる。第１の圧電ディスク78は渦信
号と振動ノイズとをともにピックアップし、第２の圧電
ディスク80は主として振動ノイズをピックアップする。
２つの圧電ディスク78、80の信号は組合わせられて振動
ノイズが除去され渦信号のみが得られる。

第16図は第11図に示されるものと同様に収容配置され
た２つの圧電ディスク81、82を示す。両圧電ディスクは
補強リブを含む平面の周りに対象的に配置された２つの
反対に分極した半部を有する。２つの圧電ディスクは第
11図の素子71に対応する誘電体ディスクを含む平面の周
りに電気的に反対称の状態に相互に面している。この２
つの圧電ディスク81、82は渦発生のみに関連する反対符
号の起電力を発生する。２つの圧電ディスク81、82の間
の差動起電力は検知ウィングに作用する交互的揚力の周
波数及び振幅が得られるように分析される。

第17図は第11図に示されるものと同じ素子及び構造を
有するトランスデューサの別の実施例の断面図を示して
いるが、１つの相違点がある。２つの圧電ディスク83、
84は互いに電気的に絶縁された２つの半部に分割された
導電性ディスク85によって互いに分離されている。ワイ
ヤ86、87がそれぞれ導電性ディスク85の２つの半部から
出ていて２つの圧電ディスクの２つの半部で発生する電
気的信号を電子的信号分析回路に伝達する。

第18図は第17図のトランスデューサの直線18−18に沿
う断面図である。第１の圧電ディスク83は同一極性の２
つの半部を含み、従って単一の圧電素子としてもよい。

第19図は第17図のトランスデューサの直線19−19に沿
う断面図である。第２の圧電ディスク84は同一極性の２
つの半部を有するが、単一の圧電ディスクとしてもよ
い。２つの圧電ディスク83、84は互いに絶縁された２つ
の半部に分割された導電性ディスクを横切って面と面と
が対向するようにして電気的に対称的に配置されてい
る。導電性ディスクの２つの半部の間の差動起電力は電
子的信号分析回路によって分析されて検知ウィングに作
用する交互的揚力の周波数と振幅とが得られる。

第20図は本発明の結線した渦発生流量計の別の実施例
の断面図を示し、その構造、配置は第１〜10図に示すも
のと同様の原理、素子を用いたものである。流量計本体
85の孔86には流路88を形成するスリーブ管87が小さい遊
隙をもって収容されている。スリーブ管87は流量計本体
85に溶接部89、90によって固着されている。渦発生用の
切立った本体91がその両端部への溶接によりスリーブ管
87に固着されている。検知ウィング93の一端92が溶接に
よってスリーブ管87に固着され、他端94は溶接によって
力電達レバー95に連結されている。力伝達レバー95はス
リーブ管87の壁部に設けられた細長い切欠部内に配置さ
れている。流量計本体の壁部の孔を貫通するピン96が力
伝達レバー95の孔と係合し、この組合わせが駆動の支点
となる。トランスデューサ収容容器97が流量計本体に固
定され、流量計本体の壁部を貫通する力受取部材98の球
場端部が力伝達レバー95に設けたソケットに係合し、こ
の組合わせは力伝達レバー95と力受取部材98との可撓性
継手となる。較正用電磁石100のコア99が流量計本体及
び力伝達レバー95の孔を貫通し、その端部は検知ウィン
グ93に固着された強磁性素子101に近接している。電磁
石100と関連部品の図示した配置は流量計本体85が例え
ば300系ステンレス鋼等の非強磁性材料製の場合に望ま
しい。流量計本体の孔を貫通する部材は溶接またはねじ
取付け部等の機械的取付け手段によって漏洩防止的に固
定してもよい。容積流量のみを測定する渦発生流量計は
較正用電磁石100及び関連部品を必要としない。第20図
に示す構造は第８、９及び10図に示す構造を含むように
変形することができる。スリーブ管87と検知ウィング93
との組合わせは溶接連結の代わりに単一の一体的部材と
して鋳造または成形することもできる。流路88内に溶接
工具を挿入することにより溶接を行うことができるの
で、力伝達レバー95と力受取部材98との間の枢支点及び
自在継手はほぼ自由な可撓性継手からそれぞれ弾性また
は固定した支点、及び弾性または半剛性の継手に換えて
もよい。

第21図は切立った本体91と検知ウィング93と力伝達レ
バー95とを含むスリーブ管87の斜視図であり、力伝達レ
バー95はスリーブ管87の壁部の細長い切欠部102内に配
置されており、この組合わせは流量計本体85の孔86内に
容易に挿入することができる。力伝達レバー95に設けた
孔103、104、105は支点ピン96と、力受取部材98と、較
正用電磁石100のコア99とをそれぞれ受け入れる。図示
した構造配置は任意の弦長の検知ウィングと組合わせる
ことを可能とする。

第22図は検知ウィング93を切取って示す図で、仮想的
に力伝達レバー95から分離して示してある。検知ウィン
グ93に溶接して連結された強磁性素子101には較正用電
磁石100のコア99の端部を横方向に間隔をおいて受入れ
る溝106が設けられている。任意的にスリーブ管87の壁
部に１対の切欠部107、108を検知ウィング93の両側に近
接して設ける。切欠溝の長さを変更して検知ウィング93
の共鳴周波数を調節することができる。例えば液体流を
測定する渦発生流量計の共鳴周波数はガス流を測定する
渦発生流量計の共鳴周波数より著しく低くてもよい。ガ
ス流を測定する渦発生流量計は所望の長さの切欠溝10
7、108を設けることによって液体流を測定するように容
易に変更することができる。

本発明の原理は前述の実施例に関する説明によって明
らかとされたが、本発明の思想、原理を逸脱せずに構
造、配置、大きさの比、素子、材料等を特定の作動環
境、作動状況に適するように容易に変更できる。

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）一方の端部から他方の端部に延びる流
   路を含む本体と、 ｂ）流路の第１の断面部分を横切って配置された細長い
   円筒形の渦発生器と、 ｃ）流路の第２の断面部分を横切って渦発生器にほぼ平
   行にかつ流路の中心軸線にほぼ平行な平面上に配置され
   た平面状部材であってその一方端部が流路の壁部に固定
   されてなる平面状部材、流路の中心軸線にほぼ平行に配
   置されその一方端部がへ平面状部材の前記一方端部の反
   対側の他方端部に連結された支点手段を含むレバー部
   材、及びレバー部材に連結された力受取部材を含むトラ
   ンスデューサ手段を具備した渦検出器と、 からなり、前記トランスデューサ手段が渦発生器からの
   渦流の周波数に関する信号を流路を通る流体流量の測定
   値として与えるようにしたことを特徴とする流体流量測
   定装置。
2. 【請求項２】前記トランスデューサ手段が平面状部材に
   作用する交互的な揚力の振幅に関する信号を流路を通っ
   て移動する流体の質量流量の測定値として与えるように
   した第１項に記載の流体流量測定装置。
3. 【請求項３】平面状部材に作用する交互的な揚力の振幅
   と周波数との比が流路を通る流体の密度の測定値として
   使用されるようにした第２項に記載の流体流量測定装
   置。
4. 【請求項４】力受取部材が自由屈撓継手によってレバー
   部材に連結されている第１項に記載の流体流量測定装
   置。
5. 【請求項５】力受取部材が弾性的に屈撓可能な継手によ
   ってレバー部材に連結されている第１項に記載の流体流
   量測定装置。
6. 【請求項６】トランスデューサ手段が力受取部材の突出
   する薄いフランジに圧力接触する少なくとも１つの圧電
   素子を含むようにした第１項に記載の流体流量測定装
   置。
7. 【請求項７】平面状部材とレバー部材との組合わせに既
   知の大きさの横方向の力を間欠的に作用させる電磁石を
   含み、これからトランスデューサ手段からの信号の振幅
   と平面状部材への力の大きさとの比が較正の目的で決定
   されるようにした請求の範囲第２項に記載の流体流量測
   定装置。
8. 【請求項８】ａ）一方の端部から他方の端部に延びる流
   路を含む本体と、 ｂ）流路の第１の断面部分を横切って配置された細長い
   円筒形の渦発生器と、 ｃ）流路の第２の断面部分を横切って渦発生器にほぼ平
   行にかつ流路の中心軸線にほぼ平行な平面上に配置され
   一方端部が流路の壁部に取付けられた平面状部材によっ
   て構成された渦発生器と、 ｄ）トランスデューサ収容容器内に収納され、該トラン
   スデューサ収容容器の壁部に固定されるとともに該壁部
   から力伝達レバー状に延びた力受取部材を具備したトラ
   ンスデューサ手段であって、該力受取部材のレバー状端
   部が該端部に対向する前記平面状部材の屈撓性端部に機
   械的継手によって連結されてなるトランスデューサ手段
   と、 を組合わせてなり、前記トランスデューサ手段が渦発生
   器の周波数に関する電気的信号を流路を通る流体物量の
   測定値として与えることを特徴とする流体流量測定装
   置。
9. 【請求項９】前記トランスデューサ手段が平面状部材に
   作用する交互的に揚力の振幅に関する信号を流路を通っ
   て移動する流体の質量流量の測定値として与えるように
   した第18項に記載の流体流量測定装置。
10. 【請求項１０】平面状部材に作用する交互的な揚力の振
    幅と周波数との比が流路を通って移動する流体の質量流
    量及び密度の測定値として使用されるようにした第９項
    に記載の流体流量測定装置。
11. 【請求項１１】力受取部材が自由屈撓継手によって平面
    状部材の他方端部に連結されている第８項に記載の流体
    流量測定装置。
12. 【請求項１２】力受取部材が弾性的に屈撓可能な継手に
    よって平面状部材の他方端部に連結されている第８項に
    記載の流体流量測定装置。
13. 【請求項１３】トランスデューサ手段が力受取部材の突
    出する薄いフランジに圧力接触する少なくとも１つの圧
    電素子を含む第８項に記載の流体流量測定装置。
14. 【請求項１４】平面状部材に既知の大きさの横方向の力
    を間欠的に作用させる電磁石を含み、これからトランス
    デューサ手段からの信号の振幅と平面状部材への力の大
    きさとの比が較正の目的で決定されるようにした第９項
    に記載の流体流量測定装置。
15. 【請求項１５】力受取部材が流路の中心軸線にほぼ平行
    に配置された延長部材によって平面状部材に連結され、
    該延長部材の一方端部が平面状部材の前記一方端部と反
    対側の他方端部に連結され、延長部材の他方端部が力受
    取部材に連結されている第８項に記載の流体流量測定装
    置。
16. 【請求項１６】前記トランスデューサ手段が、平面状部
    材に作用する交互的な揚力の振幅に関する信号を流路を
    通って移動する流体の質量流量の測定値として与えるよ
    うにした第15項に記載の流体流量測定装置。
17. 【請求項１７】平面状部材に作用する交互的な揚力の振
    幅と周波数の比が流路を通る流体の密度の測定値として
    使用されるようにした第16項に記載の流体流量測定装
    置。
18. 【請求項１８】力受取部材が自由屈撓継手によって前記
    延長部材に連結されている第15項に記載の流体流量測定
    装置。
19. 【請求項１９】力受取部材が弾性的に屈撓可能な継手に
    よって前記延長部材に連結されている第15項に記載の流
    体流量測定装置。
20. 【請求項２０】トランスデューサ手段が力受取部材の突
    出する薄いフランジに圧力接触する少なくとも１つの圧
    電素子を含むようにした第15項に記載の流体流量測定装
    置。
21. 【請求項２１】平面状部材と延長部材との結合体に既知
    の大きさの横方向の力を間欠的に作用させる電磁石を含
    み、これから前記トランスデューサ手段からの信号の振
    幅と平面状部材への力の大きさとの比が較正の目的で決
    定されるようにした第９項に記載の流体流量測定装置。
22. 【請求項２２】ａ）一方端部から他方端部に延びる流路
    を含む本体と、 ｂ）流路の第１の断面部分を横切って配置された細長い
    円筒形の渦発生器と、 ｃ）流路の第２の断面部分を横切って渦発生器にほぼ平
    行にかつ流路の中心軸線にほぼ平行上に配置された平面
    状部材であってその一方端部が流路の壁部に固定されて
    なる平面状部材、流路の中心軸線にほぼ平行に配置され
    その一方端部が平面状部材の前記一方端部と反対側の他
    方端部に連結された支点手段を含むレバー部材、及びレ
    バー部材の他方端部の動作を検出する動作検出手段を具
    備した渦発生器と、 からなり、前記動作検出手段が渦発生器からの渦流の周
    波数に関する信号を流路を通る流体流の測定値として与
    えることを特徴とする流体流量測定装置。
23. 【請求項２３】前記トランスデューサ手段が、平面状部
    材に作用する交互的な揚力の振幅に関する信号を流路を
    通って移動する流体の質量流量の測定値として与えるよ
    うにした第22項に記載の流体流量測定装置。
24. 【請求項２４】平面状部材に作用する交互的な揚力の振
    幅と周波数の比が流路を通る流体の密度の測定値として
    使用されるようにした第23項に記載の流体流量測定装
    置。
25. 【請求項２５】平面状部材と延長部材との結合体に既知
    の大きさの横方向の力を間欠的に作用させる電磁石を含
    み、これから動作検出手段からの信号の振幅と平面状部
    材への力の大きさと比が較正の目的で決定されるように
    した第23項に記載の流体流量測定装置。