JPH01502135A - 渦流形流体流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 渦流形流体流測定装置 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、１ ９８７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０３１従来の渦流流量計は容積流だけを測定するも 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／ｓｅｃ　（２０〜２５ｆｔ／５ｅｃ）より低速 の標準状態での空気流や０．３〜０．６ｍ／５ｅｃ（１〜２ｆｔ／５ｅｃ）より 低速の水流を測定することができない。１　ｍ／ｓｅｃ程度の空気流や０．　ｉ ｎ／ｓｅｃ程度（数分の’ｌ　ｆｔ／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／５ｅｃ（５〜１０ｆｔ／５ｅｃ）程 度の空気流や０．０３〜０．０９ｍ／５ｅｃ（０，１〜０．３ｆｔ／５ｅｃ）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積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。

本発明のざ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量の壁部に固着され他端でレバ一部材に連結 された細長い平面状部材の渦検出器を有し、レバ一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。

本発明のざらに他の目的は一端で流路り壁部に固着され他端でレバ一部材に連結 された細長い平面状部材の渦検出器を有し、レバ一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。

本発明のざらに他の目的は渦検出器に既知の大きざ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ユーサの出力の振 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− 渦検出器の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ユ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ね示す図であり、 第７図は揚力の大きさとトランスデユーサの出力との間の比例関係を較正するた めの既知の大きざ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図はトランスデユ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図はトランスデユ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おり、 第１９図は第１７図に示されるインパルス検出器のざらに別の断面図であり、 第２０図は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、 す第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ユ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ユ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ユーサに 伝達されるので、最低レベルでトランスデユ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ユーサ 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ユーサに伝達し、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ユ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１７２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 渦検出器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、質量流及び流体密度を測定可能であるが、従来技術は容積 流のみを測定する。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法測定に使用される。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 ことにより質量流及び流体密度がめられる。本発明による前述の新規で独特な原 理は画期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、質量流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であるが、これは渦発 生器と、渦検出器と、トランスデユーサとを含み、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の弧線の平面は流 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、他端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を連結しである。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に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はトランスデユーサ収容容器１２の 閉端部をな′？１′薄いフランジから出ており、トランスデユーサ収容容器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ユ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ユーサ収容容器に収容さ材１１を介して伝達さ れる。トランスデユーサ素子は検知ウィング２からの機械的信号を電気的信号に 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ユ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。トランスデユ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は検知ウィング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められる。もちろん本発明に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。トランスデユーサ収容容器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とトランスデユーサ収容容 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図の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　〜の 共鳴周波数は渦発生周波数範囲より遥かに高く、トランスデユーサからの信号を 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図は本発明の渦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がトランスデユーサ収容容器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。トランスデユーサ収容容器３ ４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。渦発生現象は流体流に本 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ユー 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ユ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ユーサとの連結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３ ９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ざ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はその端側か強磁石素子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ざと該横方向の力によって生ずるトラン スデユ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ユーサ 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ａｍ計の実施例は トランスデユ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、または従来のカー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 ユ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ユーサ収容容器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、これがトランスデユーサ収容容器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ざい 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４ ５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に向かつて流ｒ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ユーサ収容容器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１ ０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ユーサを流量計の中間 位置に配置するとを可能とする。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磁石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ユーサ収容容器 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６ｏに連結されて いる。角度のついた突出部とトランスデユ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ユーサ装 置の好ましい実施例の断面図である。

このトランスデユ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。トランスデユーサ収 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ユーサ 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 からトランスデユ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ユ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ユーサ装置が第１１図の直線１２−１ ２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図にはざらに別のトランスデユーサ装置が第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６４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図にはざらに別のトランスデユーサ装置が第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はりプロ４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 方検知ウイ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称的に配置された第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１ ４図の断面と同様に断面（ｂ）は補強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φるい は両方の半部がヅ′　だ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アを含む平面の周りに対称的に配置 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つの圧電ディスフ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ユー 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図のトランスデユーサの直線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図のトランスデユーサの直線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は溶接によって力伝達レバー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、この組合わせが枢動の支点となる。トランスデユーサ収容容 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 球状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は部 等の機械的取付は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 せるごとを可能とする。

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 ら分離して示しである。検知ウィング９３に溶接して連結された強磁性素子１０ １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１０ ７．１０８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１ ０７．１０８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。

特表千１−５（Ｉ２１．：（５（９） 国際調査報告

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 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カ受取部材を含むトランスデューサ手 段を具備した禍検出器と、 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 測定装置。
2. 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項に記載の流体流測定装置。
3. 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項に記載の流体流測定装置。
4. 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 載の流体流測定装置。
5. 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項に記載の流体流測定装置。
6. 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項に記載の流体流測定装置。
7. 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項に記載の流体流測定装置。
8. 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勝つ流路の中心軸線 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 、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、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測定装置。
9. 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液の測定値として与えるようにした 第８項に記載の流体流測定装置。
10. １０．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 載の流体流測定装置。
11. 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項に記載の流体流測定装置。
12. 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項に記載の流体流測定装置。
13. 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項に記載の流体流測定装置。
14. 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項に記載の流体流測定装置。
15. 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項に記載の流体流測定装置。
16. 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項に記載の流体流測定装置。
17. １７．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１６項に記載の流体流測定装置 。
18. 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 項に記載の流体流測定装置。
19. 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項に記載の流体流測定装置。
20. 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項に記載の流体流測定装置 。
21. 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 作用させる電磁石わ含み、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 に記載の流体流測定装置。
22. 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検出 器と、からなり、前記動作検出手最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測定装置。
23. 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項に記載の流体流測定装置。
24. ２４．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２３項に記載の流体流測定装置 。
25. 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 への力の大きさとの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 体流測定装置。