JPH02502579A - 渦流量計 - 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】 渦流量計 渦流量計は、流体流れに対して一般的に垂直に配置された細長い円筒状の渦発生 器と、少なくとも一端部を流体流れ内に沈潜された平面部材を含んだ渦センサを 具備しており、その平面部材のたわみ部分が機械的カプリングによってトランス デユーサに連結されている。流体流れの速度は、渦発生器から流出する渦によっ て発生されそして渦センサの平面部材が受ける交番流体動的力の周波数が決定さ れる。流体の質量流量は渦によって発生される交番流体動的力の周波数と振幅の 組合せから決定される。渦感知平面部材のたわみ部分をトランスデユーサに連結 する機械的カプリングは、その渦感知平面部材からトランスデユーサへの交番流 体動的力の伝達を大きく高めるとともに、渦感知部材が受ける小振幅の機械的振 動の伝達を抑制する。渦感知部材に既知の大きさの機械的インパルスを与えかつ その機械的インパルスによって発生されたトランスデユーサからの電気的パルス を測定する較正装置が、トランスデユーサからの交番電気信号の振幅を、それか ら質量流量が決定される渦によって発生される交番流体動的力の振幅に変換する 変換係数を決定する。

本発明の優先権は１９８７年１２月１６日に出願された「高感度・高共振周波数 渦流出流量計」という名称の米国特許出願第１３３３１５号および１９８８年１ 月２５日に出願された「高感度湯流出流量計」という名称の米国特許出願第１４ ７８１２号に基づいている。

既存の形式の渦流量計は湯流出の周波数を検知することによってのみ流体速度を 測定し、その既存の形式のものは、一般的に空気流では毎秒３０フイ一ト以上そ して水流では毎秒２フイ一ト以上の速度を測定しうるだけであるから、低速流体 流れを測定することはできない。渦発生用ブラフ・ボディの下流に配置されその 渦発生用ブラフ・ボディの厚みより大幅に大きい弦長を有し、かつそれのたわみ 部分をトランスデユーサに連結された渦感知平面部材を用いることにより、弱い 渦によって発生された交番流体動的力を検知する可能性を抜本的に増大させるこ になり、従ってこのような渦感知平面部材を用いた渦流量計は毎秒６フイートの 空気速度や毎秒０．５フイートの水速度のような低い流体速度を測定することが できる。渦によって発生されかつそのような渦感知平面部材が受ける流体動的力 の振幅が、流体密度と流体速度の二乗とを掛は算した値の半分に等しい流体流れ の動的圧力に一般的に比例するので、このような渦感知平面部材を有する湯流出 流量計は流体の質量流量をも測定することができる。勿論、流体密度は質量流量 と容積流量との比として決定されうる。

本発明の第一の目的は、流体流れの堅固な境界に少なくとも一端部を固着された 渦感知平面部材を具備しており、それのたわみ部分がトランスデユーサから延長 した力伝達部材に機械的カプリングによて連結されている渦流量計を提供するこ とである。

他の目的は、渦によって発生されて渦感知平面部材が受ける交番流体動的力の周 波数から流体速度を決定する渦流量計を提供することである。

他の目的は、渦によって発生されかつ渦感知平面部材が受ける交番流体動的力の 周波数と振幅の組合せから流体流れの質量流量を決定する渦流量計を提供するこ とである。

さらに他の目的は、流体速度を質量流量と容積流量との比として決定する渦流量 計を提供することである。

さらに他の目的は渦センサとトランスデユーサの組合せに機械的インパルスを与 え、その機械的インパルスによって発生されたトランスデユーサからの電気的パ ルスを測定する較正装置がトランスデユーサからの電気信号の振幅を渦によって 発生される流体動的力に振幅に変換する変換係数を決定する渦流量計を提供する ことである。

さらに他の目的はノイズを除去しかつ渦によって発生された流体動的力を表す純 粋な電気信゛号を取り出すために組合せられうる２つの電気信号を発生する圧電 トランスデユーサを具備した渦流量計を提供することである。

本発明のこれらおよび他の目的はそれについての説明が進展するにつれて明らか となるであろう。本発明は下記の図面を参照することによってきわめて簡明に記 述されるであろう。

第１図は大きな弦長を有し、渦発生用ブラフ・ボディの下流に配置され、機械的 カプリングによってトランスデユーサに連結された渦感知平面部材を具備しかつ そのトランスデユーサからの電気信号の振幅と平面部材に対する流体動的力の振 幅との間の関係を与える装置を具備した渦流量計を提供することである。

第２図は第１図に示された実施例の他の断面を示している。

第３図は第１図に示された実施例の他の断面を示している。

第４図は渦感知平面部材が受けた流体動的力を起電力に変換するのに適した圧電 トランスデユーサの断面を示している。

第５図は第４図に示されたトランスデユーサの他の断面と、そのトランスデユー サに含まれた圧電素子からの電気信号を純化するために用いられている電子回路 を示している。

第６図は第４図に示されたトランスデユーサに含まれた圧電素子の他の実施例か らの電気信号を純化するための電子回路の他の実施例を示している。

第７図は第４図に示されたトランスデユーサに含まれている圧電素子の他の実施 例からの電気信号を純化するための電子回路の他の実施例を示している。

第百図は大きい弦長を有する渦感知平面部材を具備した渦流量計の他の実施例の 断面を示している。

第９図は大きな弦長を有する渦感知平面部材を具備した渦流量計の他の実施例の 断面を示している。

第１０図は大きい弦長を有する渦感知平面部材を具備した渦流量計のさらに他の 実施例の断面を示している。

第１１図は大きい弦長を有する渦感知平面部材を具備した渦流量計のさらに他の 実施例の断面を示している。

第１２図は第１１図に示された実施例の他の断面を示している。

第１３図は大きい弦長を有する渦感知平面部材を具備した渦流量計のさらに他の 実施例め断面を示している。

第１４図はトランスデユーサからの電気信号の振幅と渦感知平面部材が受ける流 体動的力の振幅との間に較正関係を与える装置の他の実施例を示している。

第１５図は電気信号と流体動的力との間に較正関係を与える装置の他の実施例を 示している。

第１６図は電気信号と流体動的力との間に較正関係を与える装置のさらに他の実 施例を示している。

第１７図は電気信号と流体動的力との間に較正関係を与える装置のさらに他の実 施例を示している。

第１８図は電気信号と流体動的力との間に較正関係を与える装置のさらに他の実 施例を示している。

第１９図は電気信号と流体動的力との間に較正関係を与える装置のさらに他の実 施例を示している。

第２０図は電気信号′と流体動的力との間に較正関係を与える装置のなおさらに 他の実施例を示している。

第２１図は一端部が機械的カプリングによってトランスデユーサに連結されてい るので、渦センサとしても機能する渦発生用ブラフ・ボディを具備した渦流量計 の断面を示している。

第２２図は第２１図に示された実施例の他の断面を示している。

第２３図は機械的カプリングによってトランスデユーサに連結された渦発生・感 知用ブラフ・ボディを具備した渦流量計の他の実施例の断面を示している。

第２４図は渦発生器・センサの断面を示している。

第２５図は第２４図に示された実施例の他の断面を示している。

第２６図は渦発生器・センサの他の実施例の断面を示している。

第１図には本発明の渦流量計の実施例が示されている。細長い円筒状の渦発生器 またはブラフ・ボディ１が流れ通路２の第１の断面を横切って配置されかつその 流れ通路の堅固な境界または壁３に固着されている。平面状の渦センサ４が流れ 通路２の中心軸線に対して一般的に平行な平面上でその流れ通路２を横切って渦 発生器に対して一般的に平行にかつそれの下流に配置される。平面部材４の一端 部５は流れ通路２の壁３に固着されており、他の端部の下流半体６も流れ通路２ の壁３に固着されている。その固着された下流半体６からスリット８によって部 分的に分離された固着されていない上流半体７がトランスデユーサから延長した 力伝達部材９に機械的カプリングによって連結されている。その機械的カプリン グは特定の図示された実施例で示されるようなソケット１カプリングまたはねじ 付きカプリング、ヒンジ・カプリング、減寸された中実の断面を有する溶接され たカプリング等のように比較的剛直性の小さい結合を与える機械的カプリングで ありうる。渦流量計のこの実施例はトランスデユーサ１０からの電気信号の振幅 と平面部材４が受ける流体動的力の振幅の間の比を与える較正装置１２をも具備 している。平面部材４の端部５一部分だけが壁８に固着されうるちのであり、か つスリット８は省略されてもよくあるいは付加的なスリットが追加されてもよい ことを理解すべきである。また平面部材４の他の端部の上流半体７が壁３に固着 され、その部材の下流半休はトランスデユーサ１０の力伝達部材１１に連結され てもよいことも理解すべきである。

第２図には第１図に示された実施例の他の断面が示されているが、この断面は第 １図に示されているように平面２−２に沿ってとったものである。渦感知平面部 材４が一端部を溶接で挿入スリーブ１３に固着され、その挿入スリーブ１３が流 量計本体１３に含まれた穴に嵌入されることから製造上ある種の利益かえられる 。トランスデユーサ構体１０は流量計本体１４壁と挿入スリーブ１３を貫通した 穴に係合しかつ特定の図示された実施例で示されるように溶接によっであるいは ねじ付けまたはフランジ付けされた固定具のような他の機械的係止手段によって 流量計本体１４に固着される。平面部材４の一方のまたは両方の端部が特定の実 施例で示されるような溶接の代りにソケットまたは圧力嵌めされた係止具のよう な他の固定手段によって流れ通路２の壁３に固着されうる。

第３図には第１図に示された実施例の他の断面が示されており、この断面は第１ 図に示されたように平面３−３に沿ってとったものである。較正装置１２はソレ ノイドコイル１５と、強磁性材料で作成され壁３を貫通して流れ通路２内に入っ たコア１６を具備しており、この場合、コア１６はこのコア１６の側部と渦感知 平面部材４の固着されていない上流半体７に固定された強磁性要素１７との間に 狭い横方向のギャップが存在するような態様で終端される。較正装置のこの構成 は非磁性材料で作成された渦流量計に特に適合している。

第４図には第１図に示された実施例に含まれているトランスデユーサ構体１０の 断面が示されている。コンテナ容器１８は比較的薄い壁１９を有しており、この 壁はそれを直径方向に横切って流れ通路２の中心軸線と平行な方向に延長したリ ブ２０によって補強されており、その薄い壁から機械的連結手段を端部に有した 力伝達部材２１が延長している。コンテナ容器１８内に圧電素子２２が配置さね 、コンテナ容器の開放端部に螺着されたねじ付きプラグ２３によって薄い壁１９ に圧着されている。この圧電素子２２はそれあ機能によって指定される条件によ り必要とされるようにコンテナ容器から電気的に絶縁され、そしてプラグ２３内 の軸線方向の穴を通じて配線さＲた導体ワイヤ２４．２５および２６に接続され ている。

第５図には第４図に示されているように平面５−５を横切ってとった圧電素子２ ２の図と、ノイズを打消し、純化された信号を取り出すために用いられる電子回 路が示されている。円板状の圧電素子２２はその円板を含む平面に対して直交す る方向に分極される。

この圧電素子の少なくとも一側には渦感知平面部材４に対して一般的に平行に配 置された補強リブ２０を含む平面に関して互に対向して配置された２つの電極２ ７および２８を有し、他の側にはワイヤ２６によって接地された単一のまたは分 割された対の電極を有している。この２つの電極２７および２８は２本のワイヤ ２４および２５によってそれぞれ増幅器２９および反転増幅器３０に接続されて いる。それぞれ増幅器２９および３０によって増幅された２つの電気信号が可変 抵抗器３１または可変利得の他の方法によって均衡されそして野伊豆がそれら間 で打消されて純化された出力信号が得られるような態様で結合される。

第４および５図に示されたトランスデユーサ構体を有する１、２および３図に示 された渦流量計は次の原理で動作する。渦発生用ブラフ・ボディが交番パターン でそれの２つの側から渦を流出させ、これが渦発生用ブラフ・ボディに追従する 曲りくねった流線を発生する。曲がりくねった流線内に沈潜された渦感知平面部 材４は交番流体動的力を受けて湯流出と同じ周波数でそれの方向を変更し、その 交番流体動的力は流体密度と流体速度の二乗を掛は算した値の半分に等しい流体 の動的圧力に一般的に比例した振幅を有している。渦感知平面部材４が受けた流 体動的力は、この平面部材４のたわみ部分７をトランスデユーサ構体１０の力伝 達部材９に連結する機械的カプリング１１によってトランスデユーサ構体１０に 伝達される。流れ通路２内の流体速度または容積流量は、トランスデユーサＩＯ によって発生される交番電気信号の周波数に対して広い範囲の流体速度にわたっ て直線的に依存しているので、その交番電気信号の周波数から決定される。低い レイノルズ数で流体速度と湯流出周波数の間の非直線関係を含む実際の関係が流 量計を構成することによって決定され、次にこれがデータ処理器を決定する。流 体流れの質量流量は、トランスデユーサによって発生された交番電気信号の振幅 が流体流れの動的圧力に比例するので、その交番電気信号の周波数と振幅の組合 せから決定される。

交番流体動的力の振幅と交番電気信号の振幅の比は定数であるかあるいは流体速 度の関数として変化しうるが、それら間の比は流量計を較正することによって決 定される。振幅比が動作条件および経時変化に依存して変化しない場合には、較 正工程によって決定される振幅比の数値がデータ処理器のメモリに記憶され、ト ランスデユーサ構体１０によりて発生された電気信号の周波数と振幅の組合せか ら質量流量を決定する。振幅比の数値が動作条件と経時変化の関数として変化す る場合には、第３図に示されたような較正装置を具備することが必要である。電 磁石１２は単一のまたは一連のパルスとして既知の大きさの横方向の力を渦感知 平面部材４に加え、その機械的インパルスがトランスデユーサ！０からの電気的 パルスを発生する。平面部材４に加えられる機械的インパルスの振幅とこの機械 的インパルスの結果としてトランスデユーサｌＯによって発生される電気信号の 振幅との間の比が、その電気信号の振幅から流体動的力の振幅を決定する変換係 数を決定する振幅比を与える。振幅比の較正はオンオフ・ベースまたは連続ベー スで行なわれうる。加えられた機械的インパルスによって発生される電気的パル スは流体動的力の振幅より大幅に大きい大きさの機械的インパルスが用いられた 、またはその機械的インパルスが電子的フィルタによって湯流出周波数から分離 された周波数で一連に加えられる場合には、渦によって発生される電気信号から 識別されうる。較正装置によって決定された振幅比はデータ処理器のメモリに記 憶されるかあるいは渦感知平面部材４が受けた流体動的力の振幅をトランスデユ ーサ１０によって発生される電気信号の振幅から決定する場合にデータ処理器に よってリアルタイム・ベースで直接用いられる。第１．２および３図に示された 渦流量計は、他の形式のトランスデユーサも容易に入手できるから、特定の実施 例で示された圧電トランスデユーサに代えてストレンゲ−ジ・トランスデユーサ または容量トランスデユーサを用いてもよい。本発明は多くの異なる形式のトラ ンスデユーサに関連して動作するものであって、圧電トランスデユーサを用いた 特定の実施例に限定されるものではない。

第６図には圧電素子の他の実施例の断面が示されており、この断面は第４図に示 された補強リブ２０を含む平面に沿ってとうたものである。円板状の圧電素子３ ２はそれの平面に対して直交する方向に分極され、２つの側のそれぞれに第４図 に示されたリブ２０を含む平面に関して互に対向して配置された１対の電極３３ および３４と３５および３６を具備している。電極３１および３６はそれら間に ノイズ平衡手段を具備した２つの増幅器３７および３８に接続されており、電極 ３２および３４は接地されている。それらの２つの増幅器間でノイズが打消され 、その２つの増幅器３７および３８からの信号を結合することによって純粋な信 号が得られる。この実施例では、反転増幅器は必要でない。

第７図には第、４図に示されたリブ２０を含む平面に関して２つの俯した圧電ト ランスデユーサ３９の他の実施例の断面が示されており、２つの圧電素子は反対 方向に分極され、それらの第１の側に配置された電極はそれら間にノイズ平衡手 段を具備した増幅器４２および４３にそれぞれ接続され、圧電素子の他の側にお ける電極は接地されている。この実施例でも第５図に示された要素３０のような 反転増幅器を必要としない。

第８図には渦検知平面部材の他の実施例を用いた渦流量計の一部分の断面が示さ れているが、渦発生用ブラフ・ボディは図示を簡明にするために示されていない 。渦感知平面部材４４の一端部４５が流れ通路の壁に固着され、他の端部４６は トランスデユーサ構体４８から延長した力伝達部材４７の壁に連結されている。

第１および８図に示された要素１２のような較正装置が第８図に示された実施例 に容易に具備されうる。平面部材４４の固着されない上流半休を固着された下流 半休から部分的に分離するスリット４９はトランスデユーサ４８に連結された平 面部材の部分のたわみ性を向上させるために設けられているが、そのスリット４ ９は省略されてもよく、また平面部材４４の端部４５は他の設計では全体的に流 れ通路の壁に固着されてもよい。

第９図には一端部５１の下流半休を流れ通路の壁に固着された渦感知平面部材５ ０の他の実施例が示されており、その下流半休は片持ち梁状の構成で流れ通路の 壁を少なくとも部分的に横切って延長している。固着された下流半休からスリッ ト３２によって部分的に分離された固着されていない上流半体５２は機械的カプ リング５５によってトランスデユーサ５４に連結されている。第３図に示された もののような較正装置は図示を簡潔にするために示されていない。

第１０図には両端部を流れ通路の壁に固着された渦感知平面部材５６のさらに他 の実施例が示されており、それの中間のたわみ部分５７はトランスデユーサ５９ から延長した平面状の力伝達部材５８に連結されている。スリット６０は平面部 材の中間部分のたわみ性を向上させるために設けられている。第３図に示された もののような較正装置は図示を簡潔にするために図示されていない。

第１１図には流れ通路の壁にそれぞれ固着されかつ片持ち梁状の構成でその壁か ら延長した２つの別個の半体６２および６３よりなる渦感知平面部材６１のさら に他の実施例が示されており、平面部材６１の２つの半体が容易に曲る構成でそ れらの端部を互に連結されている。流れ通路の断面を完全に横切って延長した平 面部材６１の第１の半体６２の上流部分６５が機械的カプリングによってトラン スデユーサ６６に連結されている。第３図に示されたちのような較正装置は図示 を簡潔にするために示されていない。

第１２図には第１図に示されたように平面１２−１２に沿ってとった渦感知平面 部材６１の他の断面が示されている。流れ通路の壁の直径方向に対向した部分に それぞれ固着されかつ片持ち梁状の構成互に連結されている。

第１３図には流れ通路を裏打ちしたスリーブの一体の部分として作成された渦感 知平面部材６７のさらに他の実施例が示されている。

平面部材６７はスリーブの壁を貫通しかつそれの長さに従ってこの平面部材の中 間領域まで延長したブラインド六６８を有しており、その穴はトランスデユーサ ７０から間隙をおいた関係で延長した細長い力伝達部材６９によって係合され、 その力伝達部材６９の端部７１は穴６８の壁に固着されている。平面部材６７ま たは力伝達部材６９に機械的インパルスを印加するために第３図にしめされたも ののような較正装置が設けられうる。この実施例は流量計の濡れた表面を覆りだ ゴムまたはプラスチック裏張りを具備した渦流量計に特に適合している。

第１４図には第１３図に示されたものと同じ目的および機能を有する較正装置の 他の実施例が示されている。強磁性端部７３を有する軸線方向に可動のロッド７ ２がコイルばね７６によって渦感知平面部材７５のたわみ部分７４に向ってばね 偏倚されている。ソレノイド・コイルがそれに強磁性端部７３を吸着し、そして ロッド７２を平面部材７５から分離した状態に保持する。ロッド７２のフランジ ７８と流量計本体７９が、ロッドを小さな距離だけ軸線方向に移動させうるベロ ーカプリングのような軸線方向に可撓性のカプリング８０によって互に連結され ている。ソレノイド・コイルが消勢されると、ロッド７２はコイルばね７６によ って決定された既知の強さのインパルスでもって平面部材７５に衝突し、そのイ ンパルスがトランスデユーサからの電気信号を発生する。平面部材に対する機械 的インパルスとそれによって発生されたトランスデユーサからの電気信号との間 の振幅比はそのトランスデユーサからの電気信号の振幅を渦感知平面部材が受け る流体動的力の振幅に変換する変換係数を与え、それから湯流出の周波数との組 合せで、流体の質量流量が決定される。

第１５図には軸線方向に可動な構成で配置された強磁性端部を有するロッド８１ を具備した較正装置の他の実施例が示されている。

ベロー・カプリングのような軸線方向に可撓性のカプリング８３がロッド８１の フランジ８４を流量計本体８５に連結する。ソレノイド・コイル８６が消勢状態 にあるあいだは、軸線方向に圧縮可能なカプリングがロッド８１を渦感知平面部 材８７から離間した状態に保持する。電流のパルスによってソレノイド・コイル ８６が付勢されると、強磁性端部８２がそれに吸着され、モしてロッド８１がそ の電流パルスの大きさによって決定された既知の大きさの機械的インパルスを平 面部材に加え、そのインパルスがトランスデユーサからの電気信号のパルスを発 生する。平面部材に対する機械的インパルスとトランスデユーサからの電気的パ ルスとの間の振幅比が、トランスデユーサからの電気信号の振幅を渦感知平面部 材が受ける流体動的力の振幅に変換する変換係数を決定する。

第１６図には渦感知平面部材９０の両側にそれぞれ固定された１対の圧電フィル ム・バイモルを具備した較正装置のさらに他の実施例が示されている。２つのバ イモル８８および８９にそれぞれ接続された導体ワイヤ９１および９２がそれぞ れ電源の正および負の端子にパルス的に切換えられると、バイモルがそれらに与 えられる起電力パルスの大きさによって決定された既知の大きさの曲げモーメン トを与え、この曲げモーメントがトランスデユーサからのパルス状の電気信号を 発生する。トランスデユーサからの電気信号を渦感知平面部材が受ける流体動的 力に変換する変換係数は較正装置によって与えられる振幅比から決定される。

第１７図には第５図に示された圧電トランスデユーサを較正するための方法が示 されている。通常接地された電極９４および９５の対は接地端子から切り離され そして電源の正および負の端子に接続され、圧電トランスデユーサの他の側にお ける電極９６および９７の対はパルス状の電気信号を発生する。渦感知平面部材 と、力伝達部材がそれから延長しているトランスデユーサ・コンテナ容器の薄い 壁を含む組合せ体の機械的剛直性が一定であるかぎり、入力および出力起電力間 の振幅比がトランスデユーサからの電気信号の振幅を渦感知平面部材が受ける流 体動的力に変換する変換係数を正確に決定する。第６および７図に示された圧電 トランスデユーサは２つの接地された電極を接地端子から切り離しそして反対の 符号の起電力を与える２つの端子に接続することによって校正されうる。

第１８図には非水平位置に配置されかつ渦感知平面部材１００に固定されたシー ルされた円形円筒状空洞９９内に入れられた強磁性ボール９８を具備した較正装 置のさらに他の実施例が示されている。

電磁石１０１のソレノイド・コイルが付勢されいるかぎり、その電磁石１０１が ボール９８を平面部材１００から離して保持する。電磁石１０１のソレノイド・ コイルが消勢されると、ボールが落下して平面部材１００に衝突し、その作用で ボール９８の重さによって決定される既知の大きさのインパルスを平面部材に加 えそして変換係数を定義する振幅比を見出すのに必要な情報を与える。

第１９図には、渦感知平面部材１０５に連結された細長い部材１０４を係止する 薄いフランジ１０３に衝突するようになされ、電磁石１０５のソレノイド・コイ ルが消勢されたときに、平面部材１０５に既知の大きさのインパルスを加える振 り子質量１０２を具備した較正装置のさらに他の実施例が示されている。

第２０図には較正装置のさらに他の実施例が示されている。渦感知平面部材１０ ８の一端部１０７は流れ通路の壁に固定されたフランジ１０９に固着されている 。強磁性端部を有する延長部分１１０がフランジ１０９から平面部材１０８とは 反対方向に延長している。パルス電流によって付勢された電磁石１１２が平面部 材に既知の大きさの曲げインパルスを加える。既知の大きさのインパルスを平面 部材に加えるために、機械的ばねによってまたはそれの重さによって推進される 質量体１１３を電磁石１１２に代えて用いてもよく、その場合には、強磁性端部 １１１は堅固な標的で置換される。

第２１図には流れ通路１１５の断面を横切って配置された細長い円筒状の渦発生 器・センサ１１４よりなる渦流量計が示されており、渦発生・感知用ブラフ・ボ ディ１１４の一端部１１６が流れ通路の壁１１７に固着され、そして他の端部１ １８はトランスデユーサ構体１２０から延長した力伝達部材１１９に機械的カプ リング１２１によって連結されている。

第２２図には第２１図に示された実施例の他の断面が示されており、この断面は 第２１図に示されたように平面２２−２２に沿ってとられたものである。ブラフ ・ボディ１１４の固着された端部１１６はブラフ・ボディに対する流体動的力の トランスデユーサへの伝達を高めるために薄い部分１２２を含みうる。ブラフ・ ボディ１４４はそれの共振周波数を湯流出周波数の範囲より高く保持するために 中空の構造を有しうる。第１４．１５．１６．１７．１８．１９および２０図に 示された較正手段のうちの１つを第２１および２２図に示された実施例に組込む にはほんの少しの想像力を要するだけであり、その実施例は第１．２．３および ４図に関して記述されたのと同じ原理で動作する。

トランスデユーサ２０は第４．５．６および７図に示されたちのうちの１つのよ うな圧電型のものあるいはストレンゲージまたは容量型のトランスデユーサであ りうる。

第２３図には流れ通路の断面を横切って配置されかつそれの両端部において流れ 通路の壁１２５に固着された細長い円筒状の渦発生器・センサ１２３よりなる渦 流量計の他の実施例の断面が示されている。渦発生・感知用ブラフ・ボディ１２ ３はこのブラフ・ボディの長さに従いかつそれの中間部分まで延長したブランド 穴を有しており、この穴にはトランスデユーサ構体１２８から延長した細長い力 伝達部材１２７が間隙をもった関係で係合しており、その細長い力伝達部材の端 部は穴１２６のブラインド端部内に圧力嵌めされている。渦流量計のこの実施例 は、ブラフ・ボディ１２３がプラスチック材料でもって挿入スリーブの一体部分 として形成されうるから、浸食性の流体を収容するために濡れ領域をゴムまたは プラスチック材料で裏張りする必要がある流量計に特に適している。

ブラフ・ボディの２つの固着された端部およびそれの中間部分等には１つ以上の 薄い部分１２９．１３０．１３１等が設けられうる。

第２４図には細長い円筒状の挿入型渦発生器・センサの断面が示されている。係 止フランジ１３３から延長した渦発生用ブラフ・ボディ１３２は側部構成によっ て一側部における流体流れの方向に対して一般的に平行な平面上に配置された１ 対の平面空洞１３４および１３５を具備しており、それらの平面上空洞はそれぞ れ第１の端部を２つのトランスデユーサに連結されかつ第２の端部をブラフ・ボ ディに固着された２つの平面部材を含んでいる。平面空洞１３４の１つの側壁は ブラフ・ボディ１３２の一方の横倒面１４３に開放した１つ以上の開口１４１． １４２．１４３等を具備しており、他方の側壁はブラフ・ボディ１３２の他の横 倒面１４７に開放した１つ以上の開口１４４．１４５．１４６等を具備しており 、それらの開口は平面空洞１３５を横切ってかつ平面部材１３７における間隙穴 中に配置された複数の短いチニーブによって与えられている。平面空洞１３５は ブラフ・ボディの外側の空間から密閉されている。

第２５図には第２４図に示された実施例の他の断面が示されており、この１断面 は第２４図に示されているように平面２５−２５にとったものである。トランス デユーサ１３８から延長した導体ワイヤが２つの配線穴１４８および１４９を通 されている。この挿入型渦発生器・センサは第１．２．３および４図に示された 実施例に関連して説明したのと同じ原理で動作する。２つのトランスデユーサに よってそれぞれ発生された２つの電気信号はそれら間でノイズが打消さね、渦を 表す純粋な電気信号が得られるような態様で結合される。トランスデユーサ１３ ８および１３９は第４．５．６および７図に示されたもののような圧電型あるい はストレンゲージまたは容量運動センサを用いた他の形式のものでありうる。第 １７図に示された較正装置は第２４および２５図に示された実施例に容易に組込 まれうる。

第２６図に係止フランジ１５５から延長した渦発生ブラフ・ボディ１５４内にタ ンデム構成で設けられた１対の平面空洞１５２および１５３にそれぞれ含まれた １対の平面部材１５０および１５１を具備した挿入型渦発生器・センサの他の実 施例が示されている。平面空洞１５２はブラフ・ボディ１５４の外側の空間から 密閉されており、その平面空洞１５３の２つの側壁はそれぞれブラフ・ボディの 横方向の側部１５８および１５９に開放した開口１５６および１５７を有してい る。挿入型渦発生器・センサのこの実施例は第２４および２５図に示された実施 例と同じ原理で動作する。係止フランジ１５５は２つの平面部材１５０および１ ５１の中間におけるブラフ・ボディ１５４の中間部分に配置されうる。

本発明の原理が例示実施例によって明らかとなされたが、本発明の特定の実施環 境および動作条件に特に適合した構造、構成、配分、要素および材料における多 くの修正または均等物がこれらの原理から逸脱することなしに等業者には直ちに 明らかとなるであろう。図示されかつ説明された実施例に本発明を限定すること は望ましくなく、従って、下記の請求の範囲によって定義される本発明の範囲内 におけるすべての修正および均等物が用いられ得る。

国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．流体流れの流量を決定する方法において、ａ）流体の流れ通路を細長い円筒 状部材で部分的に妨害することによつて渦を発生させ、 ｂ）その渦を有する流体内に浸漬された平面部材に連結されたトランスデューサ によつて発生された変動する電気信号を検知することによつて前記渦から生じ前 記平面部材が受ける変動する流体動的力を検知し、 ｃ）前記トランスデューサによつて発生された変動する電気信号の周波数から流 体流れの速度を決定し、ｄ）前記トランスデューサに意図的に加えられた機械的 なインパルスの振幅とこの機械的なインパルスの結果として前記トランスデュー サによつて発生された電気信号の振幅との比から得られたそれら間の変換関係を 用いて前記トランスデューサによつて発生された変動する電気信号の振幅から前 記平面部材が受ける変動する流体動的力の振幅を決定し、かつ ｅ）前記トランスデューサによつて発生された変動する電気信号から決定された 流体速度と前記トランスデューサによつて発生された変動する電気信号の振幅か ら決定された変動する流体動的力の振幅との組合せから流体の質量流量を決定す ることよりなる、流体流れの流量を決定する方法。
2. ２．流体の密度が質量流量と容積流量との比として決定される請求の範囲１に記 載された方法。
3. ３．流体流れを測定する装置において、ａ）流れ通路を具備した流量計本体と、 ｂ）前記流れ通路の第１の断面を横切つて配置された細長い円筒上状の渦発生器 と、 ｃ）流れ通路の中心軸に一般的に平行な平面上において渦発生器に対して一般的 に平行な流れ通路の第２の断面を少なくとも部分的に横切つて配置された、少な くとも一端部を流量計本体に固着された平面状の幾何学形状を有する渦センサと 、ｄ）前記渦発生器のたわみ部分に機械的カブリングによつて連結された力伝達 部材を具備したトランスデューサよりなる、流体流れを測定する装置よりなり、 前記渦発生器から流出されて渦センサが受ける渦から生じた変動する流体動的力 が前記流体通路を通る流体流れの目安として前記トランスデューサからの変動す る電気信号を発生する、流体流れを測定する装置。
4. ４．流体速度が変動する電気信号から決定される請求の範囲３に記載された組合 せ。
5. ５．流体の質量流量が前記変動する電気信号の周波数と振幅の組合せから決定さ れる、請求の範囲４に記載された組合せ。
6. ６．トランスデューサに既知の大きさのインパルスを加えるための手段と、その 既知の大きさのインパルスの結果としてトランスデューサによつて発生された電 気信号の振幅を測定するための手段を具備し、前記インパルスの大きさとそのイ ンパルスから生じた電気信号の振幅との比が前記変動する電気信号の振幅から前 記変動する流体動的力の大きさを決定する際の較正基準として用いられる請求の 範囲５に記載された組合せ。
7. ７．前記流体の密度が質量流量と容積流量との比から決定される請求の範囲５に 記載された組合せ。
8. ８．前記トランスデューサがコンテナ容器の薄い壁から延長した力伝達部材と前 記コンテナ容器内に入れられた少なくともひとつの圧電素子を具備しており、前 記圧電素子は流れ通路の中心軸線に平行な平面に関して互に対向して配置された 少なくとも２つの電極を具備しており、前記２つの電極は並列回路構成で間にノ イズ打消手段を具備した２つの増幅器にそれぞれ接続されており、かつぞれらの ２つの増幅器からの出力が前記渦から生じた変動する流体動的力を表す電気信号 を得るために加算される請求の範囲３に記載された組合せ。
9. ９．前記少なくとも１つの端部に対向した渦センサの他の端部の一部分が流量計 本体に固着され、かつ流量計本体に固着されていない前記他の端部の他の部分が 力受け部材に機械的なカプリングによつて連結されている請求の範囲３に記載さ れた組合せ。
10. １０．渦センサの前記他の端部の前記他の部分が前記他の端部の前記一部分から スリットによつて分離されている請求の範囲９に記載された組合せ。
11. １１．前記少なくとも１つの端部に対向した、すなわち流量計本体に固着されて いない渦センサの他の端部が機械的カプリングによつて力伝達部材に連結されて いる請求の範囲３に記載された組合せ。
12. １２．渦センサ前記少なくとも１つの端部の一部分だけが流量計本体に固着され ており、流量計本体に固着されていない前記少なくとも１つの端部の他の部分は 流量計本体に固着された前記一部分からスリットによつて分離されている請求の 範囲１１に記載された組合せ。
13. １３．前記少なくとも１つの端部に対向した渦センサの他の端部が流量計本体に 固着されておらず、前記少なくとも１つの端部の一部分だけが流量計本体に固着 されており、流量計本体に固着されていない前記少なくとも１つの端部の他の部 分が機械的カブリングによつて力伝達部材に連結されている請求の範囲３に記載 された組合せ。
14. １４．渦センサの前記少なくとも１つの端部の前記たの部分が前記少なくとも１ つの端部の前記一部分からスリットによつて分離されている請求の範囲１３に記 載された組合せ。
15. １５．渦センサの中間部分が機械的カプリングによつて力伝達部材に連結されて いる請求の範囲３に記載された組合せ。
16. １６．前記少なくとも１つの端部に対向した渦センサの他の端部が流量計本体に 連結されている請求の範囲１５に記載された組合せ。
17. １７．渦センサがそれの前記１つの端部から前記他の端部に向つて延長した穴を 具備し、力伝達部材が前記穴に係合し、力伝達部材の端部において渦センサに固 着されている請求の範囲１６に記載された組合せ。
18. １８．渦センサがそれの１つの縁端からこの１つの縁端に対向した他の縁端まで 部分的に延長したスリットを具備している請求の範囲１６に記載された粗合せ。
19. １９．渦センサが流量計本体の２つの直径方向に対向した部分にそれぞれ固着さ れかつそれから互いの方に向つて延長した２つの別個の半体よりなり、渦センサ のそれら２つの別個の半体のオーバーハングした端部が容易に曲る構成で互に接 合されかつ渦センサの２つの別個の半休のうちの一方のオーバーハングした端部 は機械的なカプリングによつて力伝達部材に連結されている請求の範囲３に記載 された組合せ。
20. ２０．渦センサの２つの別個の半体のうちの一方の前記オーバーハングレた端部 が流れ通路に壁に向つて延長しておりかつ機械的なカプリングによつて力伝達部 材に連結された延長部分を具備している請求の範囲１９に記載された組合せ。