JP2813597B2

JP2813597B2 - 流体流量計

Info

Publication number: JP2813597B2
Application number: JP6205458A
Authority: JP
Inventors: イングマンドヴゥ
Original assignee: メジャーメントテクノロジィインターナショナル
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH0875522A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には容積流体流
量を測定するための装置に関し、より詳細には、流体流
れ通路内の可撓性膜の波動に応答する圧縮性および非圧
縮性流体の流量を検出し、測定する、進行波、すなわち
可撓性膜流体流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】可撓性膜流体流量計は、流れチャンバ内
の膜を通過する流体の流れにより生じる可撓性膜の波動
を測定することにより作動する。オーバル機械工業株式
会社により出願され、１９８８年１月２２日に発行され
た日本国特許第1,455,80に示されているような可撓性膜
流体流量計の従来の構造では、通路を形成するハウジン
グ内に形成されたロッドを中心として自由に回転できる
よう各膜端部を固定することにより、単一点のクランプ
点で流れ通路内のクランプスパンを横断するように、可
撓性部材が取り付けられている。単一点クランプ点の間
のアクティブな可撓性膜の長さは、膜が流体の流れ内で
自由に波動運動できるように、クランプ点の間のスパン
よりも長くなるように選択されている。過剰膜長さすな
わちクランプ点の間のスパンを越えるクランプ点間のア
クティブな膜長さの過剰長さは、膜の挙動に実質的に影
響する。

【０００３】理想的な条件下では、この過剰膜長さは、
流体の測定可能な離散量がアクティブ膜の波動により示
されるように、アクティブ膜と流れ通路との間に２つ以
上の接触点ができるように充分な値でなければならな
い。特定の流れ通路の横断面およびクランプスパンに対
する過剰膜長さは、流体の流量の関数となっている。測
定可能な流量のよりワイドなレンジに合わせるため、従
来の可撓性膜流量計、例えば上記オーバル社の流量計
は、異なる流量に対して過剰膜長さを調節できるように
可撓性膜のアクティブ端をローラー内にクランプするこ
とを提案している。ローラー内にアクティブ膜の端部を
クランプすることにより、取り付けロッドを中心に自由
回転できるようアクティブ膜の両端を固定した場合とほ
ぼ同様に、クランプスパン内で比較的制限されないアク
ティブ膜の波動が可能となるような単一点クランプが得
られる。

【０００４】かかる従来の可撓性膜流量計の実質的な問
題は、上流側および下流側クランプ点における反復屈曲
に起因する膜の疲労、および／または長期間にわたって
同じ湾曲した形状を維持する膜の弾性度が失われること
により作動寿命が短くなることである。ローラーの間に
アクティブ膜の両端をクランプすることにより、貯蔵リ
ールから一組のクランプローラーを通し、クランプスパ
ンを横断させ、他方の組のクランプローラーを通過さ
せ、巻き取りリールに巻き取るよう、使用されていない
可撓性膜を繰り出すことにより、アクティブ膜の便利な
交換が可能となっている。これら貯蔵用リールおよび巻
き取りリールは、測定すべき流量に対してクランプスパ
ン内の過剰膜長さを適当にするように調節される。

【０００５】１９９０年５月１日、本発明者に付与され
た米国特許第4,920,794号には、改良された可撓性膜流
体流量計が示されている。この特許では、可撓性膜のア
クティブ部分は、通路またはハウジングに固定されたガ
イドブロックの間に延びており、可撓性膜はこれらガイ
ドブロックを貫通し、バネ取り付けロッドまで延びてお
り、これらロッドは流体流量に応答して、膜の過剰長さ
をダイナミックに調節するようになっている。

【０００６】クランプスパン内のアクティブ膜の挙動
は、一定料の流体を解放する直前または直後のそれぞれ
の位置のいずれかにある可撓性膜に類似する形状を有す
る、外側に湾曲したガイド表面によって向上している。
これらガイド表面は、ガイドブロックのクランプ点から
クランプスパンを通って流体通路の表面に延びる延長部
を含む。かかる延長部は、流体の流れと干渉しないよう
に、透過性材料、例えばワイヤメッシュから製造されて
いる。これらガイド延長部は、比較的低い運動エネルギ
ー入力時、更に一定料の流体の通過直前直後の位置の間
におけるアクティブ膜の位置の比較的高速変化時でも、
可撓性膜の挙動のある程度の不安定性が誘導されるよう
に設けられている。

【０００７】アクティブ膜の挙動の向上は外側にカーブ
したガイド表面に弾性材料を塗布し、更にバネにより流
れ通路に対しガイドブロックを弾性的に取り付けても行
うことができる。弾性膜には疲労応力に起因する膜の疲
労を減少するよう、厚くした端部および／またはその長
手方向に沿って変化する横断面厚みが設けられている。

【０００８】１９９１年１２月３日、本発明者に付与さ
れた米国特許第5,069,067号には、更に改善された可撓
性膜流体流量計が示されている。ここでは、アクティブ
膜の挙動は、マルチイコンポーネント膜によって向上さ
れている。可撓性板バネ状をしたストッパー部材は、ガ
イドブロックの内側表面から外側に延びる可撓性延長ガ
イドとして作動することにより、アクティブ膜の挙動を
更に向上させている。このストッパー部材は、アクティ
ブ膜が屈曲して、その上に取り付けられているピエゾ電
気素子が一定量の流体流れの通過を示す信号パルスを次
々に発生するようにさせる際に、ストッパー部材に次々
に衝突するアクティブ膜の屈曲運動を制限している。

【０００９】更にクランプスパン内の過剰膜長さは、バ
ネが取り付けられた膜取り付けロッドを再位置決めする
よう、流れている流体が作用するドローブおよびダイヤ
フラムにより、流体流量に従ってダイナミックに調節さ
れる。特に最小流量時には、膜は取り付けロッドに作用
するバネにより、完全に平らな状態に維持できる。更に
膜の両端におけるバネ取り付けクランプ間の距離は、よ
り高い流量を補償するよう、適応的に変えられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラン
プスパン内の膜の挙動を更に制御して、正確に測定でき
る流体流量および流体特性の有効レンジを広げ、更に膜
の作動寿命を長くし、流量計の構造および作動のコスト
および複雑さを低減するには、可撓性膜式流体流量計の
構造を更に改善することが必要である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１態様によれば、本発
明は、可撓性膜のアクティブ部分の一方の端部または両
端に設けられたセンタリングバネ対を使用して、有効流
量測定レンジを広げ、膜の疲労を減少するセンタリング
クランプを使用した、改善されたワイドレンジの可撓性
膜式流体流量計を提供するものである。各センタリング
バネ対のある部分は、アクティブ膜の連動する端部が流
体流れに起因する膜の波動運動の結果として、中心位置
から離間するよう移動する際に、エネルギーを蓄積す
る。このセンタリングバネは、その膜の端部が中心位置
から最大角度移動して、中心位置へ復帰する際に、ポテ
ンシャル弾性エネルギーとして累積されたエネルギーを
アクティブ膜の端部に戻すことにより、膜の転換動作を
改善する。これらセンタリングバネは、より長い膜をシ
ミュレートし、かつ剛性を変え、よって、系の共振周波
数を変えるように、膜の挙動を改善する。中心位置は流
路の平面に平行なクランプ領域から延びる平面内にあ
る。

【００１２】センタリングバネ対は、従来の単一点の剛
性すなわち固定されたクランプ点からずれた有効すなわ
ち見かけ上のクランプ点を生じさせる。このオフセット
量は流体の流量に応答し、流量に見かけ上のクランプ点
のオフセット量が依存している結果、有効クランプスパ
ンすなわち見かけ上の屈曲運動点の間のスパンは流量に
応答することになる。実際の膜過剰長さは、流量と共に
変化することはできないが、有効相対的過剰膜長さすな
わち有効クランプスパンに対する過剰膜長さの比は、流
体流量に応答して適応的に調節される。

【００１３】例えば測定可能な最低の流量の場合、見か
け上の上流側クランプ点は、固定クランプスパン領域か
ら下流側に最大限オフセットされる。これは、この結果
生じる波動によって得られる比較的低いエネルギーで
も、最小量だけバネを曲げるのに充分であるからであ
る。流量が増加するにつれ、上流側の末端部での波動運
動に利用できるエネルギー、従って中心位置からの膜端
部の移動量は、波動運動の増加に応答して増加する。よ
り高い流量の場合、見かけ上のクランプ点は固定クラン
プ領域に向かって上流側に適応的に移行する。同様に、
下流側クランプ領域に隣接するセンタリングバネ対によ
って得られる見かけ上の下流側クランプ点は、低流体流
量に応答してクランプスパン内に上流側に移行または高
流量に応答してクランプ領域から下流側へクランプスパ
ンを越えて移行する。従って有効クランプスパンが流量
と共に変化するので、有効相対的過剰膜長さは、異なっ
た流量では異なることになる。

【００１４】見かけ上のクランプ点の移行レートは見か
け上クランプ点の移動と共に変化するので、異なった対
の長さを有する多数の組の板バネ対により形成できる可
変弾性のセンタリングバネ対は、大きくなった流量の適
応化を行う。好ましい実施例では、可変弾性センタリン
グバネ対は、上流側アクティブ膜端部を囲む一対の等し
い長さの内側センタリング板バネを含み、一対の同じ長
さの外側センタリング板バネの間に、内側センタリング
板バネ対が挟持されている。この外側板バネ対は内側セ
ンタリング板バネ対よりも実質的に短くなっている。す
なわち、固定クランプ点からの外側センタリング板バネ
の延長部は、固定クランプ点領域からの内側センタリン
グ板バネ対の延長部よりも実質的に短い。１対のうちの
各バネは、非対称の膜の挙動を回避するよう、同じ長さ
になっているが、正確な長さのバネ対は製造公差を緩和
する上で重要ではない。

【００１５】流量が充分増加し、アクティブ膜端部の波
動運動がより短い外側の板バネ対の端部に向かって移行
すると、内側の曲げセンタリング板バネの弾性に外側曲
げ板バネの弾性が加わり、流量に応答してクランプスパ
ンの適応化レートが実質的に変わる。特に、測定可能な
最大の流量での膜の挙動を制御するのに、より短い外側
センタリング板バネ対が選択される。流体流量計におけ
る長い可撓性膜の作動は、理想的な、すなわち無限の進
行波の挙動の点から適宜解析または説明されることが多
い。膜のクランプスパンが増加するにつれ、膜の挙動に
対するクランプ点の影響が小さくなり、一般に流量に対
する膜の挙動はより予想できるようになる。例えば膜の
挙動が無限進行波の挙動に近似するにつれ、正確に測定
可能な流量のレンジはかなり改善される。無限に長い膜
に沿って伝搬すると想像できる無限進行波では、ポテン
シャル弾性エネルギーを運動エネルギーに連続変換また
はこの逆が可能である。すなわち膜に沿って波が伝搬す
る際、弾性エネルギーは運動エネルギーに連続的に変換
され、逆にポテンシャル弾性エネルギーに戻る。

【００１６】本発明では、例えばセンタリング板バネ対
となっている弾性エネルギー蓄積器が膜の挙動に対する
実際のクランプ点の影響を減少し、膜が無限に長い膜の
挙動をより正確にシミュレートしている。すなわち本発
明のこの弾性エネルギー蓄積器は、従来、実際の長さか
ら予想されているもの以上の膜の挙動を改善するもので
ある。

【００１７】別の態様によれば、本発明は、長い可撓性
膜と、流体流路内の上流側クランプ領域内に、前記膜の
第１端部を取り付けるための上流側クランプ手段と、前
記上流側クランプ領域から下流のクランプスパン距離に
ある前記流体流路内の下流側クランプ領域に、前記膜の
第２端部を取り付けるための下流側クランプ手段とを備
え、前記第１端部と第２端部との間の前記膜の長さは、
前記流路内の流体の流量に応答して前記クランプスパン
距離に沿って前記可撓性膜が波動運動できるよう、過剰
膜長さだけ前記クランプスパン距離を越えており、更に
前記流路内の前記流量を測定するよう、前記波動運動に
応答自在なセンサ手段と、前記流路にほぼ平行な中心面
からの前記膜の運動を可撓的に阻止するよう、前記クラ
ンプ領域の第１領域に隣接して、前記クランプスパン距
離内に設けられたセンタリングバネ手段とを備えた流体
流量計を提供するものである。

【００１８】更に別の態様によれば、本発明は、第１の
長さを有する可撓性膜、流体流入口ポート、流体流出口
ポート、これらの間に構成された流体流路とを含む流体
流れチャンバと、第１対の可撓性板バネと、前記流体流
れチャンバ内の中心面における前記流体流れ入口ポート
に隣接する前記膜の第１端部の片側に沿って、前記板バ
ネの対を平らにクランプするための入口クランプ手段
と、前記第１端における前記膜の波動を前記対の板バネ
により阻止するように、前記第１長さよりも短い第１端
からの距離にある、前記流体流れ出口ポートに隣接する
前記中心平面に、前記膜の第２端をクランプするための
出口クランプ手段とを備えた流体流量計を提供するもの
である。

【００１９】更に別の態様によれば、本発明は、流体流
量計における可撓性膜の挙動を向上するための方法であ
って、流体流れチャンバ内に可撓性膜を取り付け、前記
流体流れチャンバ内の中心面における前記膜の第１端部
のいずれかの側に沿って、前記膜に載るように、第１対
の板バネをクランプし、前記第１端部における前記膜の
波動が、前記対の板バネにより阻止されるように、前記
中心面に前記膜の第２端部をクランプする諸工程を備え
た方法を提供するものである。

【００２０】本発明の原理を例により示す添付図面を参
照して、次の詳細な説明を読めば、本発明の上記特徴お
よびその他特徴が明らかとなろう。

【００２１】

【発明の好適態様】次に、図１〜８を参照する。本発明
の可撓性膜式流体流量計１０は極めて広い流量レンジに
わたって有効であり、このレンジ内では測定可能な最小
流量に対する最大流量の比は、約１０００以上の大きさ
となる。図１はワイドレンジの流体流量計１０の部分横
断面図であり、この流量計のハウジング２は入口開口部
４と、センサ膜アセンブリ８が取り付けられた中心流れ
チャンバ６と、出口開口部５とを含む。流量計ハウジン
グ２内の流体流れ通路は、中心流れチャンバ６の上流部
の入口チャンバ１２と、中心流れチャンバ６内のセンサ
チャンバ１４と、中心流れチャンバ６の下流の出口チャ
ンバ１６とを含む。センサ膜アセンブリ８は、図３に拡
大図で示される入口膜取り付けアセンブリ１８を含み、
このアセンブリでは可撓性センサ膜２０の入口すなわち
上流部分が取り付けられ、クランプされている。センサ
膜アセンブリ８は出口膜取り付けアセンブリ２２を含
み、このアセンブリ２２では可撓性センサ膜２０の出口
または下流部分が取り付けられ、クランプされている。
図２はワイドレンジの流体流量計１０の平面図であり、
ここではセンサ膜アセンブリ８はＡＡ線に沿った中心流
れチャンバ６の部分横断面を上方から見た図が示されて
いる。

【００２２】作動中、流量計のハウジング２内を流れる
流体は、入口開口部４を通って入口チャンバ１２に進入
し、センサチャンバ１４内で可撓性センサ膜２０の測定
可能な波動を生じさせ、その後、出口開口部５を通って
出口チャンバ１６を出る。流量測定中、可撓性センサ膜
２０は流体の流れに応答して生じる一つ以上の波頭２
１、２３および／または２５を含む。流れがまったくな
いか、低流量状態の場合、３点で接触することが望まし
い。すなわち波頭２１、２３および２５が上方チャンバ
面６８または下方チャンバ面６９のいずれかにすべて接
触し、膜とチャンバ面とが３点で実際に接触できるよう
に、中心流れチャンバ６のアクティブ部分におけるセン
サ膜２０の有効な相対的過剰長さが選択される。

【００２３】上記とは異なり、実際に２点で接触し、１
点でほぼ接触するよう、３点の接触を行うことができ
る。特にかかる２つの波頭がチャンバ面に実際に接触
し、一つの波頭、例えば図１に示すような波頭２１がチ
ャンバ面に密に接近できるようにすることが好ましい。

【００２４】３点接触効果を生じさせるためのかかるす
べての装置では、かかる接触点の一つ、例えば波頭２３
は中心線の片側にあり、１点だけで接触する。他方の２
つの接触点、すなわち近接触点（本明細書では二重接触
点と称す）、例えば波頭２１および２５は中心線の片側
にある。

【００２５】最適な形状では、可撓性センサ膜２０の形
状は、主に板バネの作動、特に可撓性センサ膜２０と中
心流れチャンバ６との、一つの接触点の作用と協働する
入口膜取り付けアセンブリ１８の作動により制御され
る。図１において、波頭２３における単一接触点は、下
方チャンバ面６９と接触する状態に示されている。次の
波の発生では、この波頭２３における単一接触点は、中
心流れチャンバ６の他方の表面すなわち上方チャンバ面
６８で生じる。

【００２６】膜の形状を板バネおよび単一接触点により
制御する上記の最適な形状は、デュアル接触点で接触す
るチャンバ面がなくなった際に、膜の形状変化（生じた
場合）を測定することにより、流れのない状態で実証で
きる。これは特に図１に示すように、２つの実際の接触
点および１つの近接触により有効な３点接触を達成する
際に有効である。

【００２７】特に、有効過剰膜長さに関する最適形状
は、波頭２３との単一接触点のみが接点となるように、
上方チャンバ面６８を除くことにより、図１に示される
位置での流れのない状態で流量計１０で実証できる。波
頭２１における膜の形状が上方チャンバ内６８を除いて
も影響されない理由は、波頭２１は上方チャンバ面６８
と接触していないからである。最適な形状の場合、波頭
２５の形状は上方チャンバ面６８を除いても影響されな
い。これは有効過剰膜長さは波頭２５との接触を可能に
するのに十分であるが、上方チャンバ面６８に対して波
頭２５において膜２８を平らにするには十分でないから
である。

【００２８】流量が増加するにつれ、かかる接触点の
数、すなわちチャンバ面６８または６９に実際に接触す
る波頭数は、３から２、１、０と定常的に減少する。大
流量では膜の挙動は各波頭の波動高さが他の波頭と同じ
になり、そのうちのいずれもチャンバ面に接触しない定
在波に近づく。

【００２９】図１における膜２０の相対的有効過剰長さ
を、流れのない状態で実際に３つの接触点が生じるよう
に選択すると、図１に示される膜２０の形状により流量
が十分高くなるため、上流の波頭、すなわち波頭２１が
チャンバ面に接触せず、一方、下流の波頭、例えば波頭
２３および２５がチャンバ面に連続して接触するような
流量のレンジが生じる。

【００３０】このような流量のレンジでは、可撓性セン
サ膜２０の流れにより誘導された波動により、上方チャ
ンバ面６８に接近するが接触しない位置から下流に伝搬
し、この伝搬は、波頭２１が波頭２３に対して示されて
いた位置のまわりで、下方チャンバ面６９に接触するま
で続く。次に、波頭２１は更に下流に伝搬し、この伝搬
は図１において波頭２５が示されていた位置のまわりに
て、上方チャンバ面６８に接触するまで続く。波頭２１
に続く次の波頭は、第１屈曲ライン５２から下流に伝搬
し、高さを増すので、波頭２１の上方チャンバ面６８か
らの距離と同じ距離だけ、下方チャンバ面６９から離間
し、次に、波頭２３が下方チャンバ面６９に接触する位
置のまわりで上方中心面６８に接触し、波頭２５が上方
中心面６８に接触するよう示されている位置のまわりで
下方チャンバ面６９に接触する。

【００３１】流量が変化するにつれ、流れチャンバ６の
面と実際に接触する膜２０の波頭間の接触点の数は、膜
のアクティブ部分における半波長の数と共に定常的に変
化する。

【００３２】理想的な膜は極めて低質量、かつ低弾性率
の材料から形成されたものである。理論的には、低質量
の膜を用いた場合、膜の共振周波数は無限となり、開始
流量はほぼゼロとなる。すなわち膜は共振すなわちフラ
ッタリングを生じない。この理由は、膜内で誘導される
運動の実際の周波数は常に理論的に無限の共振周波数よ
り低くなるからである。更にこの理論的な膜は、流体の
流れに応答して運動を開始するのに無視できるエネルギ
ーしか必要としないので、極めて低い流量に応答して移
動し、測定を開始する。

【００３３】膜２０の質量はその厚みに比例しており、
一方、曲げ弾性は厚みの三乗に比例している。この結
果、重力に抗して膜の形状を維持するのに必要なレベル
よりも、曲げ弾性を減少する限度で膜の厚みを薄くでき
る限界がある。膜が薄すぎ、曲げ弾性が過度に減少され
ると、膜は下方膜面、例えば図１に示されるような下方
膜面６９上に垂れた状態になるだけである。

【００３４】従って膜の厚みは重力に抗して自重を維持
するように、必要な弾性と膜の質量の低減とを妥協する
ことにより決定すべきである。この最小弾性度が維持さ
れる限り、流量計１０の配置はセンサの性能に影響する
ものではない。

【００３５】しかしながら、上記理由から、重力に抗し
て形状を維持できる最小厚みの膜が好ましいが、膜を横
断する漏れ、例えばエッジ２７および２９を通る漏れを
最小とするような膜の厚みが好ましい。膜を薄くするに
つれ、エッジ２７および２９と、側壁２４および２６と
の間の有効シールを維持する必要な製造公差は、緩和で
きるので、製造コストを減少できる。

【００３６】従って理想的な膜は、シールの問題を小さ
くするには比較的厚く、質量を最小とするには比較的薄
く、比較的低弾性度を有する一方、自重を維持できる膜
である。本発明によれば、多孔性材料、例えばポリテト
ラフルオロエチレン（すなわちＰＴＦＥ）の多孔質フィ
ルムを使用できる。多孔性膜は最小質量、かつ厚みを最
大とするような弾性度を有していることが好ましい。選
択される特定材料はこれら利点を与えると共に膜を横断
する変化する圧力または平均一定圧力の点で、シールの
問題を解消するように十分なシールを維持できるような
十分な多孔質なものでよい。

【００３７】更に多孔質膜材料の使用により別の利点が
得られる。多孔膜は圧縮性があり、実質的な曲げ領域、
例えば波頭２１、２３および２５において圧縮により引
っ張り応力が小さくなり、これにより湾曲した膜の外側
表面が伸び、これら湾曲領域における内側表面が短縮す
る。特に波頭において多孔質膜が圧縮され、これら領域
において膜を薄くする接触点は膜の信頼性を高める。

【００３８】次に図１および２に示す流量計１０の機械
的構造の説明に戻る。入口膜取り付けアセンブリ１８
は、上方剛性取り付けブロック２８と下方剛性取り付け
ブロック３０とを含み、これらブロックは下記の、特に
図３に示す入口膜取り付けアセンブリ１８の他の部分を
強固に、かつ機械的にクランプしている。更に入口膜取
り付けアセンブリ１８は上方剛性取り付けブロック２８
および下方剛性取り付けブロック３０を、中心流れチャ
ンバ６に取り付けおよび／または相互に取り付けること
により、入口開口部４に隣接する入口チャンバ１２内の
中心流れチャンバ６に強固に取り付けられる。特に図２
に示すように、上方剛性取り付けブロック２８の横方向
取り付け端３２および３４は、図示していない接着剤ま
たは他の手段により、中心流れチャンバ６の側壁２４お
よび２６により、強固に固定される。

【００３９】図３に示すように、センサ膜アセンブリ８
の前方エッジ３６は、入口開口部４に進入する流体流路
を横断するように示されており、入口チャンバ１２を一
対の矩形横断面の入口プリチャンバ３８および４０に分
割し、入口流体流れを一対のほぼ等しい層状流れ、すな
わち上方矩形入口プリチャンバ１８を通って上方剛性取
り付けブロック２８の上を通過する上方流体流れ４２お
よび下方矩形入口プリチャンバ４０を通過して下方剛性
取り付けブロック３０上を通過する下方流体流れ４３と
に分割する。中心流れチャンバ６内のセンサチャンバ１
４の中心平面からの上方および下方流体流れ４２および
４３の角度は、約４５度までである。

【００４０】前方剛性取り付けブロック２８と下方剛性
取り付けブロック３０との組み合わせにより、前方エッ
ジ３６が形成され、その下流に入口流体流に対する実質
的な流れ分割横断面領域が続き、この領域により矩形横
断面入口プリチャンバ３８および４０内で生じた流体流
は、入口開口部４の上流の流体流れに乱流があっても、
層状態にするのに役立つ。流路に沿う上方および下方矩
形入口プリチャンバ３８および４０の長さは、低流体流
量測定中の可撓性センサ膜２０の極端な曲がりを防止す
るよう、センサチャンバ１４の長さの約１５分の１の大
きさに選択されている。

【００４１】前方エッジ３６のすぐ下流の入口部材取り
付けアセンブリ８の、強固に取り付けられた流れ分割横
断面は、上方流体流４２と、下方流体流４３とが実質的
に等しくなり、かつ層状態となるように、入口形状また
は障害物から生じ得るかかる流れの非対称を補償するよ
うにも働く。更に、上方および下方矩形入口プリチャン
バ３８および４０の等しい横断面領域は、センサチャン
バ１４の横断面領域の約４倍であり、チャンバ自体は可
撓性センサ膜２０により約半分に分割されている。従っ
て、可撓性センサ膜２０の上方および下方のセンサチャ
ンバ１４の部分１７における流体流量は、流体が通って
流れる横断面の面積が約８分の１に低減されているの
で、増加する。このような入口チャンバ１２における流
体流量を越える中心流れチャンバ６における流体流量の
かなりの増加により、流量計１０が下方レンジの流体流
量をより便利に測定できるようになっている。

【００４２】可撓性センサ膜２０は、中心流れチャンバ
６におけるセンサチャンバ１４の上方チャンバ面６８と
下方チャンバ面６９との間の中心にあり、これらと平行
な中心平面において、上方剛性取り付けブロック２８お
よび下方剛性取り付け部分３０により、機械的にクラン
プされる。可撓性センサ膜２０は、前方エッジ３６から
この下流の固定クランプ点領域を通過し、中心点すなわ
ち上方チャンバ面６８と下方チャンバ面６９の平行面の
間の中心面にある後方エッジ７０を通過するよう延びて
いる。

【００４３】入口膜取り付けアセンブリ１８において、
可撓性センサ膜２０は、一対の比較的長い平らなセンタ
リング内側板バネ４４と４６との間に挟持されている。
板バネの一方については、図５を参照して後により詳細
に説明する。長いセンタリング板バネ４４および４６自
体は、上方弾性ガイド４８と下方弾性ガイド５０との間
に挟持されている。このガイドの一方については図６を
参照して後により詳細に説明する。可撓性センサ膜２０
の入口端と、長いセンタリング板バネ４４と４６と、上
方弾性ガイド４８と、下方弾性ガイド５０との組み合わ
せは、上方剛性取り付けブロック２８と下方剛性取り付
けブロック３０との間の所定位置に強固に固定されてい
る。

【００４４】次に図５を参照する。長いセンタリング板
バネ４４は、平らな可撓性シート材料から形成されてお
り、前方エッジ３６から可撓性センサ膜２０に沿って第
１屈曲ライン５２まで延びている。休止中、長いセンタ
リング板バネ４４は、可撓性センサ膜２０に平らに載る
ことが好ましい。すなわち、可撓性センサ膜２０に少な
くとも実質的に隣接することが好ましい。センサ膜１４
を通る流体流により生じる可撓性センサ膜２０の波動運
動中、長いセンタリング板バネ４４は、第１屈曲ライン
５２から前方エッジ３６と後方エッジ７０との間に延び
る固定クランプ点領域に向かって上流に向かう上昇運動
を阻止する。固定クランプ点領域は、可撓性センサ膜２
０の端部を強固に保持すると共に、かかる波動中の膜の
上下動、横方向運動または回転運動を不可能にする。

【００４５】次に図６も参照する。上方弾性ガイド４８
は、平らなパネルの隣接する対、特に短いセンタリング
板バネ５４とガイドパネル５６から形成されており、板
バネおよびガイドパネルは第２屈曲ライン５８で互いに
所定角度で接合されている。上方弾性ガイド４８は、長
いセンタリング板バネ４４を形成するのに使用されてい
る材料と同様な弾性材料から好ましく形成でき、短いセ
ンタリング板バネ５４およびこれからのガイドパネル５
６を形成するように、第２屈曲ライン５８で折り曲げら
れている。ガイドパネル５６は、これを貫通するウィン
ドー開口部６０、６２および６４を含み、これら開口部
により上方流体流４２が比較的障害なく通過できるよう
になっている。上方流体流４２内の流体の大部分は、可
撓性センサ膜２０の波動の横方向の安定性を増すよう
に、中心ウインドー６２よりも大きく、その外側に位置
するウィンドー６０および６４を通過する。例えば、一
対の実質的に等しい流れを形成するよう、外側のウィン
ドー６０および６４の双方を均一に通る上方流体流４２
の通過により、可撓性センサ膜２０のねじれまたはフラ
ッタリングが防止され、このため、図２に示される側壁
２４および２６に隣接する可撓性センサ膜２０のエッジ
は、可撓性センサ膜２０が波動運動する際に互いに同じ
高さに維持される。ウィンドー６０と６２の間に位置す
るガイドストリップ６１およびウィンドー６２と６４と
の間に位置するガイドストリップ６３は、可撓性センサ
膜２０の波動中に、図４に示されるピエゾ電気センサ８
６の回転路内に位置する。

【００４６】休止中、短いセンタリング板バネ５４は、
長いセンタリング板バネ４４（このバネも同様に可撓性
センサ膜２０の入口端にほぼ平らに載る）に平らに載
り、少なくとも実質的に隣接することが好ましく、一
方、上方弾性ガイド４８の遠方エッジ６６は、中心流れ
チャンバ６の上方面６８に軽く載る。上方弾性ガイド４
８は、１枚の平らな材料から形成し、遠方エッジ６６を
上方面６８に軽く載せ、ガイドパネル６６が平らに維持
されることが好ましいが、流体流量計１０の特定用途の
条件に合わせるように、ガイドパネルの形状を調節し、
短いセンタリング板バネ５４の弾性度を調節してもよ
い。

【００４７】休止時に上方弾性ガイド４８は短いセンタ
リング板バネ５４が可撓性センサ膜２０に平行な長いセ
ンタリング板バネ４４上に平らに載るよう、前方エッジ
３６から第２屈曲ライン５８まで可撓性センサ膜２０に
沿って平らに延び、一方、ガイドパネル５６は第２屈曲
ライン５８から上方面６８まで延びることが好ましい。
同様に、下方弾性ガイド５０は、短いセンタリング板バ
ネ５５が可撓性センサ膜２０に平行な長いセンタリング
板バネ４６に平らに載るように、前方エッジ３６から第
２屈曲ライン５８まで可撓性センサ膜２０に沿って平ら
に延びる。センサチャンバ１４を通る流体流れにより生
じる可撓性センサ膜２０が波動する間、前方エッジ３６
に向かう上流への第１屈曲ライン５２のまわりからの可
撓性センサ膜２０の上方への運動を阻止し、この阻止運
動はかかる波動運動中に第２屈曲ライン５８に接近する
まで続く。その後、長いセンタリング板バネ４４および
短いセンタリング板バネ５４の組み合わせは、波動運動
中の可撓性センサ膜２０の上方への運動を阻止するよう
に働く。可撓性センサ膜２０の下方への運動は、長いセ
ンタリング板バネ４６と短いセンタリング板バネ５５と
の組み合わせにより阻止される。

【００４８】曲げセンタリング板バネの抵抗に反し、前
方エッジ３６から後方エッジ７０まで延びる固定クラン
プ点領域に向かう可撓性センサ膜２０のアクティブ部分
の波動の上流エッジの移動は、見かけ上のクランプ点を
適応的に移動させる。この見かけ上のクランプ点は、膜
が中心点から移動しない固定クランプ点からアクティブ
膜の延長部に沿うノード点であるので、膜の有効波動挙
動を変えることなく、固定クランプ点をそこに位置させ
ることができる。見かけ上のクランプ点が下流クランプ
領域の下流側、すなわちクランプスパンの外側にある場
合、この見かけ上のクランプ点は変化しないように、下
流センタリングバネの充分上流側にある膜のサイン形状
から外挿できるノード（節）点である。アクティブ膜の
見かけ上のクランプ点が移動するにつれ、見かけ上のク
ランプ点の間の有効クランプスパンは、適応的に変化す
るので、相対的な有効過剰膜長さに自動的に適応する。

【００４９】このクランプスパンの自動適応は、ワイド
レンジの流体流量に応答する膜強度を高めるが、他方、
センタリングバネ対のセンタリング動作は、膜の疲労を
減少し、作動寿命を長くする。

【００５０】入口膜取り付けアセンブリ１８により加え
られる可撓性センサ膜２０の運動に対する抵抗は、波動
により移動しようとする膜の膜部分が第１屈曲ライン５
２を通って入口開口部４に向かう上流へ移動し、再度第
２屈曲ラインを通って移動する際に、変わることについ
て指摘することは重要である。すなわち、流体の流量が
増加するにつれ、可撓性センサ膜２０の波動の最も遠い
上流点は、前方エッジ３６と上方剛性取り付けブロック
２８の下流、すなわち後方エッジ７０との間に延びる固
定クランプ領域に移動できなくなる。

【００５１】換言すれば、比較的低流体流量から生じる
可撓性センサ膜２０が波動運動する間、上方チャンバ面
６８から下方チャンバ面６９まで延びる波動の波の高さ
の値は最大となるので、ピエゾ電気センサ８６はガイド
ストリップ６１および６３に接触する。低流量時に長い
センタリング板バネ４４によって起きる、波動に対する
抵抗力は、可撓性センサ膜２０の波動の最も上流側の点
の実質的な上流への移動を阻止するのに充分である。流
量が増加するにつれ、波動の波高さの値は低下するの
で、膜は上方チャンバ面６８および下方チャンバ面６９
に接触することはできない。このようなより高い流量で
は、可撓性センサ膜２０の波動が、無限波伝搬へとエミ
ュレートし始める。しかしながら、かかるより高い流量
では、波動の最大上流点は、後方エッジ７０へ向かって
更に上流側に移動する。かかる高い流量では可撓性セン
サ膜２０は、第２屈曲ライン５８に隣接して見かけ上ク
ランプされないが、後方エッジ７０にクランプされる。

【００５２】このように、長いセンタリング板バネ４４
と短いセンタリング板バネ５４との組み合わせは、見か
け上クランプされている膜に沿う点を変えることによ
り、流体流量に応答して可撓性センサ膜２０の有効長さ
を自動的に変えるように働く。中心面において、可撓性
膜に沿って見かけ上のクランプ点を移動してクランプス
パンを自動的に調節することにより、従来の構造で必要
であったように、膜の両端の固定取り付け体を移動する
ことなく、アクティブ膜の有効長さを調節する。更に、
上方剛性取り付けブロック２８の後方エッジ７０は、従
来のガイドブロックの内部の湾曲した、または角度のつ
いた内側表面を必要としない代わりに、簡単な曲線とな
っている。後方エッジ７０は可撓性膜のアクティブ部分
の上流端において、固定クランプ点領域の下方端として
働く。本発明の伸長した固定クランプ領域は、従来の構
造のいくつかの一点クランプによる膜の自由回転を可能
とするより、むしろ中心流れチャンバ６内で可撓性セン
サ膜２０を更にセンタリングするように働く。次に、再
度図１、２および７を参照する。出口膜取り付けアセン
ブリ２２は、可撓性センサ膜２０の下流端が側壁２４お
よび２６に強固に固定された１対の上方剛性取り付けブ
ロック７６と下方剛性取り付けブロック７８との間にク
ランプされている１対のセンタリング板バネ７２と７４
との間に、可撓性センサ膜２０の下流側端部が挟持され
ているという点で、入口膜取り付けアセンブリ１８に類
似している。上方流体流４２は、アンテチャンバ８０に
より出口チャンバ１６に達し、下方流体流４３は、アン
テチャンバ８２により出口チャンバ１６に達する。アン
テチャンバ８０および８２は、可撓性センサ膜２０の下
流端において、流体流が実質的に方向を変えるように
し、膜の下流側端部が流体流に押圧され、好ましくない
ひずみ、すなわち中心流れチャンバ６または流量計ハウ
ジング２のある部分との望ましくない接触をするような
性質を低減する。更に、センサチャンバ１４は、板バネ
の最大曲げから生じる出口センタリング板バネ７２およ
び７４の接点の上流側で終わっているので、高い流量で
は、流体流は膜の波動と独立したかかる出口板バネの回
転を生じさせないし、かかる出口バネが上方または下方
チャンバ面６８または６９と接触することはできない。
アンテチャンバ８０および８２内の流体は出口チャンバ
１６内で再び合流し、出口開口部５を通って流量計ハウ
ジング２から放出できる。

【００５３】センタリング板バネ７２および７４も長い
センタリング板バネ４４および４６、および短いセンタ
リング板バネ５４および５５に関して、上で説明したの
と同様に、流体流量に従って可撓性センサ膜２０の下流
端の見かけ上のクランプ点を、自動的に変えるように働
く。従って、可撓性センサ膜２０の下流端の見かけ上の
クランプ点は、例えば後方エッジ７０における固定クラ
ンプ点を移動することなく、流体流量に従って調節され
る。特に低い流体流量に対しては、可撓性センサ膜２０
の波動運動の最も外側の下流点は、センタリング板バネ
７２の上流エッジにおける隣接屈曲ライン８４となる。
より高い流体流量に対しては、可撓性センサ膜２０の最
も外側の下流側波動運動は、上方剛性取り付けブロック
７６および下方剛性取り付けブロック７８の上流エッジ
の下流クランプ点７３に向かって移動する。

【００５４】出口センタリング板バネ７２および７４に
よって得られるアクティブ膜の下流側端部における膜の
屈曲に対する抵抗力は、高流量時においてクランプ点が
下流側クランプ点７３の更に下流側にあたかも位置して
いるかのように膜が作動するように、膜の挙動を改善す
るのに役立つ。すなわち膜内の最も下流側の波パターン
の形状を変形することにより、センサチャンバ１４から
外に有効クランプスパンを延ばすことにより、実際の固
定クランプ点よりも更に見かけ上の、すなわち有効下流
側クランプ点を移動できる。

【００５５】次に図４を参照する。ここには可撓性セン
サ膜２０の平面図が示されており、この膜は公知の可撓
性流量計信号処理技術に従い、膜の波動に応答して流れ
を検知し、流量を測定するための信号プロセッサ８７に
印加される信号を発生するよう、前方エッジ３６から第
２屈曲ライン５８を通って延びる膜の上方面に取り付け
られたピエゾ電気センサ８６を含む。

【００５６】次に図１および２を参照する。ほぼ第１屈
曲ライン５２からほぼ下流の屈曲ライン８４まで、下流
側に延びるセンサチャンバ１４部分における可撓性セン
サ膜２０のアクティブ部分の幅は、ほぼ一定である。セ
ンサチャンバ１８のこの主要部分における、特に見かけ
上のクランプ点の間のクランプスパン内の可撓性センサ
膜２０の幅は、膜の波動運動を実質的に制限することな
く、エッジ２７および２９と側壁２４および２６との間
の実質的な流体の漏れを防止するように有効に充分でな
ければならない。

【００５７】図４に示すように、可撓性センサ膜２０の
上流側膜端部９０および下流側膜端部９２は、センサチ
ャンバ１４のアクティブ部分を貫通する膜部分よりも実
質的に狭くなっている。このように膜の端部を狭くした
ことにより、流路およびその横方向の双方における膜の
フラッタリングが減少することが測定されている。この
膜の幅は、例えば波頭２１、２３および２５に対応する
膜ノード点におけるように、可撓性センサ膜２０と上方
チャンバ面６８および下方チャンバ面６９との間の接触
が生じ得るセンサチャンバ１４のアクティブ部分にわた
って一定である。上流側膜端部９０および下流側膜端部
９２を狭くしたことにより、フラッタリングが減少し、
センサチャンバ１４内の膜の感度を変えることなく、共
振を防止するように、膜の共振周波数が変わる。

【００５８】次に図８を参照する。ここには入口膜取り
付けアセンブリ１８の別の実施例が示されている。ここ
では長いセンタリング板バネ４４および４６と短いセン
タリング板バネ５４および５５は、上方テーパー付きセ
ンタリングバネ９８および下方テーパー付きセンタリン
グバネ１００から成る可変弾性センタリング板バネ対９
６と置換されている。これらテーパー付きセンタリング
バネの各々は、上方剛性取り付けブロック２８および下
方剛性取り付けブロック３０により、前方エッジ３６か
ら後方エッジ７０を通る固定クランプ点領域にカンチレ
バー状に取り付けられている。これらテーパー付きセン
タリングバネの厚みは、有効クランプスパン８８内に延
びるにつれて薄くなっている。図８には、可撓性センサ
膜２０が上方に波動運動する間の入口膜取り付けアセン
ブリ１８が示されており、この上方への波動運動中、流
量計１０を通過する流体の流れは、アクティブ膜の前方
エッジの下方にオーバー圧力を生じさせ、上方にアンダ
ー圧力を発生させるので、可撓性センサ膜２０の前方エ
ッジは上方テーパー付きセンタリングバネ９８の抵抗力
に抗して、上方チャンバ面６８に向かって上方に移動し
ている。

【００５９】膜の波動運動がその最大点まで達すると、
可撓性センタリング膜２０の上方表面は、上方チャンバ
面６８に接触または高流量で少なくともこの接触点に接
近し、方向を変え、中心表面に向かって戻り、下方のチ
ャンバ面６９に接触する方向に移動しようとする。この
切り替え位置では上方テーパー付きセンタリングバネ９
８に最大のエネルギーが蓄積され、膜が下方に移動する
際に可撓性センサ膜２０に戻る。このような切り替え位
置では見かけ上のクランプ点、従ってクランプスパン８
８の上流側端部は、センサ膜２０が中心位置から移動し
ていない後方エッジ７０における固定クランプ点領域に
最も近い点である。この見かけ上の上流側クランプ点
は、点１０２と表示されている。

【００６０】流量計１０の作動中、可撓性センサ膜２０
の挙動は、２つの識別可能な機構、すなわち低流量で主
に使用される準スタティック機構と、より高い流量で主
に使用されるダイナミック機構に依存している。準スタ
ティック機構では、膜の挙動は主に図３および８に示す
ような上方流体流４２と下方流体流４３との間の、交番
圧力低下および可撓性センサ膜２０およびセンタリング
バネ、例えば図３に示すような長い板バネ４４および４
６と、短い板バネ５４および５５または図８に示すよう
な可変弾性センタリング板バネ対９６の弾性回復力によ
って決まる。いずれの実施例でも、出口センタリング板
バネ７２および７４の弾性回復力は、この機構にも寄与
している。

【００６１】低流体流量にて、可撓性センサ膜２０が波
動運動すると、アクティブ膜と中心流れチャンバ６の片
側、例えば上方チャンバ内６８との間に、ノード点、す
なわち接触点が形成される。この接触点は、見かけ上の
上流クランプ点の下流側に生じ、上記弾性回復力は見か
け上のクランプ点から延びる膜が中心位置を通ってチャ
ンバの反対側、例えば下方チャンバ面６９に接触する方
向に移動するまで、この下流側のノード点を押圧するよ
うに働く。このプロセスは、あるパターンの波が発生
し、その進行レートが流体流量に依存するように続く。

【００６２】より高い流量では、膜の挙動は無限の波の
伝搬へとエミュレートするパターンに近似する。曲げら
れたセンタリングバネに蓄積された弾性回復力は、次の
波頭をスムーズに発生させるのにほぼ十分な力を発生す
るので、膜の転換はチャンバの片側に転換する際に流体
の流れから最小のエネルギーしか必要としない。

【００６３】より高い流量で主に使用されるダイナミッ
ク機構は、可撓性センサ膜２０と上方チャンバ面６８お
よび下方チャンバ面６９との流体流の相互作用を利用し
ている。流体流により膜が波動する際、膜はチャンバ面
に接近する。しかしながら、より高い流量になると、流
体は膜の波状になった膨張部とチャンバ面との間の狭く
なった開口部を通って流れ、更に膜とチャンバ面との間
の圧力を更に減少し、膜をチャンバ面に接触する方向に
押圧する。クランプスパン内の有効な相対的過剰膜長さ
は、かかる接触を可能にしないので、海の波に似たパタ
ーンで波の波動が続き、これにより膜材料および膜厚に
比較的無関係な流量の測定ができる。

【００６４】より高い流量では、流れエネルギーは可撓
性膜の波に似た波動の振幅および周波数の双方に影響す
る。流れのエネルギーが増加するにつれ、より高い振幅
の波動よりもむしろより高い周波数の波動にエネルギー
変換をチャンネル化することが好ましい。中心流れチャ
ンバの中心線とチャンバ面６８または６９のいずれかと
の間の距離は、壁と干渉することなく、波動が達成でき
る最大振幅を決定している。この振幅を越えると、上記
波頭の好ましくないフラッタリングが発生し始め、エネ
ルギーは振幅の増加よりもむしろ高い周波数にチャンネ
ル化される。

【００６５】次に、図１〜７を参照する。本発明の特定
の物理的な実施例の寸法は、本発明を実施する、現在知
られている最良のモードの開示を容易とするように記載
されている。記述されている特定の物理的な実施例で
は、センサチャンバ１４の長さおよび高さは、それぞれ
９０ｍｍと６ｍｍの大きさであり、過剰膜長さは２ｍｍ
であり、可撓性センサ膜２０は３７ミクロンの厚みであ
る。膜圧を増加すると、膜のエッジ２７および２９を通
る流体の漏れが減少するが、膜の可撓性は低下するの
で、低流体流量に対する応答性も低下する。長いセンタ
リング板バネ対４４および４６は、長さが２２ｍｍで、
厚みが１００ミクロンであり、一方、出口センタリング
板バネ７２および７４は、長さが約５ｍｍで厚みが１０
０ミクロンである。

【００６６】次に図６を参照すると、上方弾性ガイド４
８および下方弾性ガイド５０は、厚みが約２００ミクロ
ンであり、後方エッジ７０から第２屈曲ライン５８まで
の距離は１５ｍｍであり、第２屈曲ライン５８から遠方
エッジ６６までの距離も１５ｍｍである。外側ウィンド
ー６０および６４は、長さが約１９ｍｍで、高さが１１
ｍｍであるが、中心ウィンドー６２は長さが９ｍｍであ
り、高さが１１ｍｍである。ガイドストリップ６１およ
び６３は、幅が３ｍｍであるので、上方弾性ガイド４８
および下方弾性ガイド５０は、幅が約５９ｍｍである。

【００６７】当業者であれば本発明は、図示し、これま
で述べたもののみに限定されるものでなく、かつ、上記
物理的な構成の寸法のみに限定されるものでないことは
理解できよう。本発明の範囲は上記特許請求の範囲のみ
に限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる流体流量計の部分側横断面図で
ある。

【図２】図１に示した本発明の実施例に係わる流量計の
チャンバの部分横断面内の可撓性膜アセンブリの平面図
である。

【図３】図１に示した流体入口部分の拡大図である。

【図４】ピエゾ電気センサおよび信号プロセッサを備え
た、本発明に係わる可撓性膜の好ましい実施例の平面図
である。

【図５】図１に示した長い膜バネ部材の平面図である。

【図６】図１に示した短い膜バネ部材の平面図である。

【図７】図１に示した出口膜バネ部材の平面図である。

【図８】ある時のセンタリングバネ対における一方のバ
ネの曲げを示す、図３に示された流量計の流体入口部分
の別の実施例の側横断面図である。

【符号の説明】

２ハウジング６流水チャンバ１４センサチャンバ２０可撓性膜２４、２６側壁２７２９エッジ４４、４６長いセンタリング板バネ５４、５５短いセンタリング板バネ６８上方チャンバ面６９下方チャンバ面７６、７８取り付けブロック

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】長い可撓性膜と、流体流路内の上流側クランプ領域内に、前記膜の第１端
部を取り付けるための上流側クランプ手段と、前記上流側クランプ領域から下流のクランプスパン距離
にある前記流体流路内の下流側クランプ領域に、前記膜
の第２端部を取り付けるための下流側クランプ手段とを
備え、前記第１端部と第２端部との間の前記膜の長さ
は、前記流路内の流体の流量に応答して前記クランプス
パン距離に沿って前記可撓性膜が波動運動できるよう、
過剰膜長さだけ前記クランプスパン距離を越えており、更に前記流路内の前記流量を測定するよう、前記波動運
動に応答自在なセンサ手段と、前記流路にほぼ平行な中心面からの前記膜の運動を可撓
的に阻止するよう、前記上流側クランプ領域に隣接し
て、前記クランプスパン距離内に設けられたセンタリン
グバネ手段とを備えた流体流量計。
【請求項２】前記センタリングバネ手段は、見かけ上
のクランプ点を生じさせるための見かけ上クランプ点手
段を更に備え、この見かけ上クランプ点の位置は、前記
流路内の流体の前記流量に応答する距離だけ、前記クラ
ンプ領域のうちの前記上流側クランプ領域から変化する
請求項１記載の流体流量計。
【請求項３】前記見かけ上のクランプ点手段は、更に
前記上流側クランプ領域の下流側に見かけ上のクランプ
点を形成するための手段を含む請求項２記載の流体流量
計。
【請求項４】前記見かけ上のクランプ点手段は、更に
前記下流側クランプ領域の上流側に見かけ上のクランプ
点を形成するための手段を含む請求項２記載の流体流量
計。
【請求項５】前記見かけ上のクランプ点手段は、更に
前記上流側クランプ領域の下流側に見かけ上のクランプ
点を形成するための手段と、前記下流側クランプ領域の
上流側に見かけ上のクランプ点を形成するための手段と
を含む請求項２記載の流体流量計。
【請求項６】前記センタリングバネ手段は、更に、前
記クランプスパン距離と異なる見かけ上のクランプスパ
ンを発生することにより、前記流路内の流体の前記流量
に応答して、有効相対過剰膜長さを変えるための適応式
クランプスパン手段を含む請求項１記載の流体流量計。
【請求項７】前記適応式クランプスパン手段は、更
に、前記流路内の流体の前記流量に応答する距離だけ、
前記クランプ領域の前記上流側クランプ領域から位置が
変化する見かけ上のクランプ点を形成するための、見か
け上のクランプ点手段を含む請求項６記載の流体流量
計。
【請求項８】前記センタリングバネ手段は、前記中心
面からの前記下流側クランプ領域に隣接する前記膜の運
動を弾性的に阻止するための、前記クランプスパン距離
内に設けられた第２バネ手段を含む請求項１記載の流体
流量計。
【請求項９】前記センタリングバネ手段は、更に、前
記中心面からの前記膜の前記運動を阻止するよう、前記
上流側クランプ領域の下流側に変位した見かけ上のクラ
ンプ点から始まり、下流側に延びる前記膜に回復力を加
えるための、上流側板バネ手段を含む請求項１記載の流
体流量計。
【請求項１０】前記板バネ手段は、前記流路内の前記
流体の前記流量の関数として、前記上流側クランプ領域
からの前記見かけ上のクランプ点の前記変位を変えるた
めの適応式回復手段を含む請求項９記載の流体流量計。
【請求項１１】前記回復力は、前記上流側クランプ領
域からの前記見かけ上クランプ点の前記変位に、非線形
に関連している請求項１０記載の流体流量計。
【請求項１２】前記センタリングバネ手段は、更に、
前記中心面からの前記膜の前記運動を阻止するよう、前
記下流側クランプ領域の上流側に変位した見かけ上のク
ランプ点から始まり、上流側に延びる前記膜に回復力を
加えるための、下流側板バネ手段を含む請求項１記載の
流体流量計。
【請求項１３】前記下流側板バネ手段は、前記流路内
の前記流体の前記流量の関数として、前記下流側クラン
プ領域からの前記見かけ上のクランプ点の前記変位を変
えるための下流側適応式回復手段を含む請求項１２記載
の流体流量計。
【請求項１４】前記回復力は、前記下流側クランプ領
域からの前記見かけ上クランプ点の前記変位に、非線形
に関連している請求項１３記載の流体流量計。
【請求項１５】前記センタリングバネ手段は、更に、
前記中心面からの前記膜の前記運動を阻止するよう、前
記上流側クランプ領域の下流側に変位した見かけ上のク
ランプ点から始まり、下流側に延びる前記膜に回復力を
加えるための上流側板バネ手段と、前記中心面からの前
記膜の前記運動を阻止するよう、前記下流側クランプ領
域の上流側に変位した見かけ上のクランプ点から始ま
り、上流側に延びる前記膜に回復力を加えるための下流
側板バネ手段とを含む請求項１記載の流体流量計。
【請求項１６】前記板バネ手段は、前記流路内の前記
流体の前記流量の関数として、前記見かけ上のクランプ
点の前記変位を変えるための適応式回復手段を含む請求
項１５記載の流体流量計。
【請求項１７】前記回復力は前記見かけ上クランプ点
の前記変位に、非線形に関連している請求項１５記載の
流体流量計。
【請求項１８】前記センタリングバネ手段は、更に、
前記中心面からの前記膜の運動に応答して、前記膜に適
応的に弾性エネルギーを戻すための板バネ手段を含む請
求項１記載の流体流量計。
【請求項１９】前記板バネ手段は、更に、前記上流側
クランプ領域に隣接する前記膜の運動に応答して前記膜
に弾性エネルギーを戻すための上流側板バネ手段を含む
請求項１８記載の流体流量計。
【請求項２０】前記板バネ手段は、更に、前記下流側
クランプ領域に隣接する前記膜の運動に応答して前記膜
に弾性エネルギーを戻すための下流側板バネ手段を含む
請求項１８記載の流体流量計。
【請求項２１】前記板バネ手段は、更に、前記上流側
クランプ領域に隣接する前記膜の運動に応答して前記膜
に弾性エネルギーを戻すための上流側板バネ手段と、前
記下流側クランプ領域に隣接する前記膜の運動に応答し
て前記膜に弾性エネルギーを戻すための下流側板バネ手
段とを含む請求項１８記載の流体流量計。
【請求項２２】前記センタリングバネ手段は、異なる
長さを有する膜の挙動をシュミレートするよう前記膜の
挙動を改善するための板バネ手段を更に含む請求項１記
載の流体流量計。
【請求項２３】前記板バネ手段は、前記上流側クラン
プ領域の上流側に延びる膜の挙動をシュミュレートする
よう前記膜の挙動を改善するための上流側板バネ手段を
さらに含む請求項２２記載の流体流量計。
【請求項２４】前記板バネ手段は、前記下流側クラン
プ領域の下流側に延びる膜の挙動をシュミュレートする
よう前記膜の挙動を改善するための下流側板バネ手段を
さらに含む請求項２２記載の流体流量計。
【請求項２５】前記板バネ手段は、前記上流側クラン
プ領域の上流側に延びる膜の挙動をシュミュレートする
よう前記膜の挙動を改善するための上流側板バネ手段
と、前記下流側クランプ領域の下流側に延びる膜の挙動
をシュミュレートするよう前記膜の挙動を改善するため
の下流側板バネ手段とを更に含む請求項２２記載の流体
流量計。
【請求項２６】前記センタリングバネ手段は、前記膜
の共振周波数を変えるための板バネ手段を更に含む請求
項１記載の流体流量計。
【請求項２７】前記センタリングバネ手段は、前記上
流側クランプ領域により前記膜の片側にカンチレバー状
に支持され、前記中心面に沿って第１屈曲点距離だけ前
記領域から下流側に延びる一対の同じ長さの内側板バネ
を更に含む請求項１記載の流体流量計。
【請求項２８】前記センタリングバネ手段は、前記上
流側クランプ領域により前記内側板バネのいずれかの側
にカンチレバー状に支持され、前記第１屈曲点距離より
も短い距離だけ前記領域から前記中心面に沿って第２屈
曲点まで下流側に延びる一対の同じ長さの外側板バネを
更に含む請求項２７記載の流体流量計。
【請求項２９】前記外側板バネの各々は、前記第２屈
曲点から前記中心面より離間するよう外側に延びる透過
性の可撓性ガイドを更に含む請求項２８記載の流体流量
計。
【請求項３０】前記各可撓性ガイドはほぼ等しい流体
流を下流に向け、膜の挙動を向上する一対の外側ウィン
ドーを更に含む請求項２９記載の流体流量計。
【請求項３１】前記膜は前記クランプスパン距離内の
クランプスパン幅と、前記膜の端部の第１端における前記クランプスパン幅よ
りも狭い第１端部幅を更に含む請求項１記載の流体流量
計。
【請求項３２】前記膜は前記膜の端部の第２端の前記
クランプスパン幅よりも狭い第２端部幅を含む請求項３
１記載の流体流量計。
【請求項３３】前記上流側クランプ手段は、前記流路
内の前記流体の前記流れを、等しい矩形横断面面積の一
対の流れに分割し、前記上流側クランプ手段の下流側の
乱流を減少する前方エッジ手段を更に含む請求項１記載
の流体流量計。
【請求項３４】前記下流側クランプ手段は前記クラン
プスパン距離の下流側の前記流路を実質的に変え、前記
第２端における膜の挙動を向上する流れ再指向手段を更
に含む請求項１記載の流体流量計。
【請求項３５】第１の長さを有する可撓性膜、流体流
入口ポート、流体流出口ポート、これらの間に構成され
た流体流路とを含む流体流れチャンバと、第１対の可撓性板バネと、前記流体流れチャンバ内の中心面における前記流体流入
口ポートに隣接する前記膜の第１端部の片側に沿って、
前記板バネの対を平らにクランプするための入口クラン
プ手段と、前記第１長さよりも短い第１端からの距離にある、前記
流体流出口ポートに隣接する前記中心平面に、前記膜の
第２端をクランプするための出口クランプ手段とを備え
た流体流量計であって、前記第１端における前記膜の波動が、前記対の板バネに
より阻止される流体流量計。
【請求項３６】前記第１対の板バネは、第２対の同じ
長さの板バネを更に含む請求項３５記載の流体流量計。
【請求項３７】前記第１対よりも短い第２対の同じ長
さの板バネを更に含み、前記第２対の板バネは前記入口
クランプ手段によりクランプされ、前記流体流れチャン
バ内の前記第１対の板バネのいずれかの側に沿って平ら
になる請求項３５記載の流体流量計。
【請求項３８】第３対の同じ長さの板バネを更に含
み、前記第３対の板バネは前記出口クランプ手段により
クランプされ、前記流体流れチャンバ内の前記中心面に
おける前記膜の前記第２端に沿って平らになり、前記第
２端における前記膜の前記波動は、前記第３対の板バネ
により阻止される請求項３６記載の流体流量計。
【請求項３９】前記第２対の板バネにおける前記板バ
ネの各々は、下流側端部から外側に前記流体流れチャン
バの内側表面に向かって延びる透過性の可撓性ガイドを
更に含む請求項３６記載の流体流量計。
【請求項４０】前記流体流れチャンバにおける流体の
ほぼ等しい流れを指向し、膜の挙動を向上する一対の外
側ウィンドーを更に含む請求項３９記載の流体流量計。
【請求項４１】前記膜は前記流体流れチャンバ内の第
１幅と前記膜の前記第１および第２端のうちの第１端に
おける前記第１幅よりも狭い第２幅を更に含む請求項３
５記載の流体流量計。
【請求項４２】前記膜はこの膜の端部の第２端部にお
ける第１幅よりも狭い第３の幅を含む請求項４１記載の
流体流量計。
【請求項４３】前記入口クランプ手段は、前記流体流
路内の前記流体の前記流れを、一対の等しい矩形横断面
面積の流れに分割し、前記入口クランプ手段の下流側の
乱流を減少する前方エッジ手段を更に含む請求項３５記
載の流体流量計。
【請求項４４】前記出口クランプ手段は前記出口クラ
ンプ手段の下流側の前記流体流路を実質的に変えるため
の流れ再指向手段を更に含む請求項３５記載の流体流量
計。
【請求項４５】流体流れチャンバ内に可撓性膜を取り
付け、前記流体流れチャンバ内の中心面における前記膜の第１
端部のいずれかの側に沿って、前記膜に載るように、第
１対の板バネをクランプし、前記中心面に前記膜の第２端部をクランプする諸工程を
備えた、流体流量計における可撓性膜の挙動を向上する
ための方法であって、前記第１端部における前記膜の波動が、前記対の板バネ
により阻止される方法。
【請求項４６】前記第１対の板バネをクランプするた
めの工程は、更に、前記流体流れチャンバ内の前記第１
対の板バネのいずれかの側に沿って載るように、前記第
１対よりも短い第２対の板バネをクランプする工程を更
に含む請求項４５記載の方法。
【請求項４７】前記膜の前記第２対をクランプする工
程は、前記膜の前記第２端部において前記中心面に沿っ
て載るように、第３対の板バネをクランプする工程を更
に含む請求項４６記載の方法。
【請求項４８】前記流体流れチャンバの内側に向かっ
て前記第２対の板バネの各々から延びる透過性ガイドを
取り付ける工程を更に含む請求項４６記載の方法。
【請求項４９】前記膜の各側において、前記流体流れ
チャンバ内の流体の一対の等しい流れを指向させる工程
を更に含む請求項４６記載の方法。
【請求項５０】前記膜の一つの端部に隣接する前記流
体流れチャンバ内の前記膜の幅を減少する工程を更に含
む請求項４５記載の方法。
【請求項５１】膜の幅を減少する前記工程は、前記膜
の他端における前記膜の幅を減少する工程を更に含む請
求項５０記載の方法。
【請求項５２】前記第１対の板バネを取り付ける前記
工程は、前記チャンバ内の前記流体の前記流れを１対の
等しい矩形横断面の流れ、すなわち前記膜の上方を流れ
る流れと、前記膜の下方を流れる流れとに分割する工程
を更に含む請求項４５記載の方法。
【請求項５３】前記膜の前記第２端部をクランプする
前記工程は、前記第２端部の下流側の前記流体流路を実
質的に変える工程を更に含む請求項４５記載の方法。
【請求項５４】前記見かけ上のクランプ点手段は、前
記下流側のクランプ領域の下流側に見かけ上のクランプ
点を形成するための手段を更に含む請求項２記載の流体
流量計。
【請求項５５】前記見かけ上のクランプ点手段は、前
記上流側のクランプ領域の下流側に見かけ上のクランプ
点を形成するための手段と、前記下流側クランプ領域の下流側に別の見かけ上のクラ
ンプ手段を形成するための手段とを更に含む請求項２記
載の流体流量計。