JPH0257916A - 極温流量計 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は流量計に関し、更に詳しくいえば、低温から１
０００’　Ｆ以上の高温まで変化する極端に広い温度範
囲の液体、気体そして蒸気を含む流体の流量を計測する
方法と装置に関する。

（従来の技術及びその課題） エレクトロニクスと計測操業の原理は広く知られており
、そして多年にわたって、パイプラインに流れる液体、
気体もしくは蒸気のような流体の流量をリアルタイムで
計測するのに、それらの原理は応用されてきている。し
かし、バイブ内の振動、ノイズそして衝撃と同様に流体
の極端な温度による悪影響は、適正な流量計測を阻害し
、そしてプラントオペレーションの計測操業に限界を設
けてしまう場合もある。

例として、蒸気発生は歴史的な、広くゆきわたって使用
されているプロセスであって、産業機械の多くのものに
動力を与え、そして地域の商業と産業の建物の熱源とも
なっている。仕事をする蒸気の能力は温度により決まる
。蒸気の流量（並びに他のパラメータ）を監視すること
は、プラント機能やプロセス制御を適正且つ効率よく行
わせ、そして経費を算出するという観点から産業設備で
は必要なことである。しかし、監視が重要であるオペレ
ーションであっても、監視装置それ自体が正常に動作で
きる温度範囲内のオペレーションでなければ監視はでき
ない、更に、停止や中断を回避しなければならないオペ
レーションでは、挿入型監視装置の方が装着型計器より
もそれらのニーズに適していることがある。

これらのニーズに答えるため種々の電子計測技術を使用
した様々の計測器が開発され、それらは産業界でよく知
られている。例えば、ロータと磁気コイルピックアップ
とを使用したタービンメータ、ドツプラー周波数のずれ
を利用した音センサ−、渦発生センサ、そして電磁セン
サが広く利用されている。しかし、これらの装置のすべ
ては、センサーやピックアップ装置の電子要素が耐えら
れる温度により制限されている。これらの従来装置の電
子要素が故障してしまう実際の温度の上限は、７５０−
８００°Ｆの範囲である。流体が流れているパイプに挿
入してそこから引出すことができ、ラインを停止させる
ことなく保守することができ、パイプ内の上限の動作温
度限界を現在の現実的温度限界７５０−８００°Ｆから
１０００’　Ｆまでのばすことができる測定装置ができ
れば、蒸気システムの効率と管理とをかなり増大させる
こととなろう。

清浄な液体、気体もしくは蒸気と同じように、汚れた、
もしくは腐蝕性の流体を流しているシステムにそのよう
な測定装置を使用すれば更に有用であろう。低温でも作
動することができるそのような装置は一層技術の状態を
改善することとなろう。

本発明の一般的な目的は、高圧もしくは低圧状態の、そ
して１０００’　Ｆを越える温度の、液体、気体もしく
は蒸気のような流体の流量を計測する方法と装置とを提
供することである。

本発明の別の一般的な目的は、高圧もしくは低圧状態の
、低温の液体、気体もしくは蒸、気のような流体の流量
も測定する方法と装置とを提供することである。

本発明の特定の目的は、従来の電子回路と計測操業の装
置の動作温度制限とは関係なく、流体の流量を測定する
方法と装置とを提供することである。

本発明の更に特定の目的は、計測装置のセンサとプロー
ブを構成する材料の融点によってのみ温度の上限を決め
られる流体の流量を測定する方法と装置とを提供するこ
とである。

本発明の更に別の特定の目的は、流れ内で流量信号を発
生する、耐熱、耐蝕性の材料からつくることができる信
号発生装置を有し、そしてこの信号発生装置から離して
、フローラインもしくはパイプの極度の温度、振動そし
てノイズをうけることのない処に信号を感知し測定する
電子要素を設置している流量計を提供することである。

本発明の更に別の特定の目的は、上記の目的を達成する
ため、伝統的な計測操業原理とは異なり、伝送線原理を
利用した方法と装置とを提供することである。

本発明の更に別の目的は、位相検出、振幅変調検出もし
くはタイムドメイン反射測定というような従来の電子的
方法により精確に検出され、分析されることができる信
号を、コストを最低とするよう従来の電子装置を使用す
る流量計の耐湿、耐腐蝕性のプローブ部分から出力させ
ることである。

本発明の更に別の特定の目的は、加圧流体が流れている
ライン内の流れを停止させる必要なく、ライン内に設置
でき、ラインから取外すことができ、又はライン内に保
持することができ、そして広範囲のサイズのパイプもし
くはコンジットに適合できる、高低両極端の温度に耐え
、腐蝕と振動とに耐えられる信頼できる流量計を提供す
ることである。

本発明の別の目的と新規な特徴は以下に添付図を参照し
ての実施例の説明から理解されよう。

（課題を解決するための手段、及び作用）上述の目的を
達成する本発明の方法では、伝送理論に従って開放ライ
ンに定在波をつくり、電気理論に従って可変のキャパシ
タンスをつくり：位相、振幅変調等の測定可能の変化を
定在波に生ぜしめ；定在波の位相、振幅変調等の変化を
測定してこれらの変化をコンジット内の流量に関係づけ
るようにしている。又、本発明の方法では、非常に高い
温度に耐えられる材料のプローブをつくり、そして高温
の検出区域から熱的に隔離した処に配置した処でプロー
ブの出力信号を感知して、従来の温度パラメータ内で動
作する従来の電子装置を使用して高温、中圧又は低圧の
状態で高低両極端の温度の流れの流量を測定する。

本発明の装置は、定在波を発生し、高熱から電子部品を
離し、電子装置の検出部分へ信号出力を伝えるための同
軸ケーブル部分；コンジット内の高低両極端の温度の流
れに挿入するため同軸ケーブル部分へ取付けたプローブ
部分；定在波の変化を感知するため及びコンジットもし
くはバイブ内の流れの流量式と前記の定在波の変化を関
係付けるための電気信号処理部分；及び挿入と引出しの
ための手段を備えている。

更に、本発明の装置のプローブ部分は、中心導体、中心
導体の終端チップ、プローブの遠い方の端で終っている
ロータ組立体とを有するチューブ；プローブの中心導体
と外側部分とを電気的に分離し、本発明の装置の電子部
分への熱の伝達を阻止する絶縁物と熱バリヤー；及び同
軸ケーブルの取付けのため、近い方の端の同軸ケーブル
接続点を備えている。センサチップもしくはセンサブレ
ートと呼ぶ、中心導体の終端チップとロータ組立体のブ
レードの端との間の関係は、同軸ケーブル部分へある周
波数の電圧が加えられるとき、プローブ部分が同軸導体
、即ちプローブチューブの外側ケースとロータ組立体と
が外側導体を形成し、そしてプローブの中心導体が内側
導体を形成するように、定められている。こうなってい
ると、次々にくる各ロータブレードの端がコンデンサの
一方の極板を形成し、中心導体の終端（センサチップ）
が他方の極板を形成し、そしてコンジット内を流れる流
体がコンデンサの絶縁物となる。こうして、極端な高低
温もしくは腐蝕性の流体にさらされる回路の唯一の電子
要素は、その全体をこれらの極端な高低温もしくは腐蝕
性の流体に耐えて作動するに適した材料からつくれるよ
うになるのである。

本発明の特徴は、この抗温性の感知装置での可変容量に
よりパルスを発生し、それによりコンジットもしくはパ
イプ内の流体の流量に比例し、そして電子装置の温度限
界を越えた高低両極端の温度から離れて動作する電子装
置により感知できる定在波の変化をつくり出すことにあ
る。

（実施例） 本発明の一実施例に係る横溢流量計１０を第１図に示す
。それは、下端にキャパシタンスセンサチップ４０を有
する同調式高温プローブ部分２０、センサチップ４１に
取付けた流量感知キャパシタンスロータ５０、バッキン
グシールアセンブリ１７内に取付けた熱バリヤー延長部
分１３、同軸ワイヤーコネタタハウジング１２、プリア
ンプ回路（第１図には示されていない）へプローブ部分
２０を接続する同軸コンジット１４、熱シンク／熱バリ
ヤー部分１３へプローブ部分２０を結合する接続アセン
ブリ１５、配向ハンドル１６そして圧力タップ１８を備
えている。バッキングシールアセンブリ１７のフランジ
１１０は流体の流れるパイプＰに溶接した普通のゲート
バルブ１１２へ取付けられる。このパイプＰの孔１１４
はゲートバルブ１１２の内側に開いていて、プローブ部
分２０の下端がパイプ１２の中へ入れるようになってい
る。プローブ部分２０を機［１１によりバルブ１００の
ゲート１１６より上に引上げると、ゲートは閉じる。そ
れから、流量計１０をフランジ１１０の処でゲー）・バ
ルブ１００から取外して、パイプＰから外せる。勿論、
パイプＰ内へ流量計１０を挿入するには上に述べたと反
対の手順による。従来の挿入機構１１を設けて、流量計
１０を保持し、パイプに流量計１０を挿入し、そして取
外すようにできる。

流量計１０の高温プローブ部分２０の詳細を第２．３．
４．５．６及び７図に示す。このプローブの長いチュー
ブの外側部分２１．２２，２３゜２４を導電性で、好ま
しくは１０００’　Ｆもしくはそれ以上の温度に耐えら
れる腐蝕性材料、例えばステンレス鋼でつくる。ステン
レス鋼もしくはタングステンカーバイドのような耐熱性
材料の中心導線２５の終端に平らにした端プレート４１
を設け、これはキャパシタの一方の極板として働く、こ
のキャパシタの目的と動作は後に詳細に述べる。

アルミナのような抗温性材料の加圧シール／熱バリヤー
２６．２７を設ける。セラミック絶縁物２８．２９．４
２が導体２５を正しい位置に保ち、そしてそれらはパイ
プＰ内の圧力を外部雰囲気からシールする加圧シールの
部分としても働く。これらのセラミック絶縁物２８．２
９は、１０００’　Ｆを越える温度でシールとして機能
し、構造の一体性を保持することができる。高温接着材
３０を使用して加圧シール／熱バリヤー部分２７と絶縁
物２つとを正しい位置に保つ。電気絶縁体であり、熱絶
縁体でもある耐熱性充填物３１を使用して別の熱バリヤ
ーとしてもよく、又チューブ２２を通るワイヤー２５を
支持させてもよい。

プローブチューブ２０へ高温ロータチップ５０を取付け
るため、そして１０一プチユーブ導体２５を４７で取付
ける手段としてチューブ２２の底端にアダプタ部分４４
を設ける。プローブチューブのケース部分２１，２２，
２３．２４と導体要素２５との熱膨張の差を補償するた
め導体要素２５にコイル部分４６を設ける。

プローブ２０の製作中プローブ内の湿気はプローブ２０
を約９００°Ｆもしくはそれ以上に熱して孔３２から湿
気を抜くことにより取除く。この孔３２はプローブチュ
ーブ２０が冷える前に密封する。孔３３．３４を設けて
第１図の配向ハンドル１６を挿入できるようにする。チ
ューブのケース部分２４の遠い方の部分を狭くして、第
４，５゜６及び７図に示すようにロータ組立体５０のベ
ース５２を取付けられるようにする。

第２図のプローブ部分２０と第２ａ図の熱バリヤー延長
部１３とを含む、遠い方のチップ４１から同軸ケーブル
コネクタ８０へのプローブチューブ組立体の長さは、後
述する所望の周波数で作動する第８．１０．１１図の信
号発生器７５が発生する信号の１７４波長である。第１
図の同軸ケーブル１４とプローブ組立体２０．１３の長
さは、信号発生器７５の信号の波長の１／２よりも僅か
に長く、後述する特定対応周波数に同調した回路を形成
している。

第２図に示すプローブ２０のキャパシタセンサ４０の部
分を第３図に示す。平らにしたチップもしくはプレート
４１で終っている中心導体４５プレート４１を支持して
いる高温セラミック絶縁体４２．及びこのセラミック絶
縁体４２を取付けて支持するプローブ２０のケース部分
２４の下端に溶接した高温金属ベース４５を高温チップ
４８が備えているのが好ましい。プローブ２０の中心導
体２５をスリーブ４７の導体４５へ溶接する。

ケース部分２４の肩４９が第４．５．６及び７図に詳細
を示すロータ５０のベース５２の取付は点を構成してい
る。

第４，５図は流量計のロータ組立体５０の第１の好まし
い実施例の構成を示す。ロータフレーム５１、ロータ１
５７．ベアリング組立体１５９゜１６９そしてベース５
２は、１０００°Ｆもしくはそれ以上の温度で強度、形
状そして導電性を維持している導電材料、例えばステン
レス鋼からつくる。

ロータ１５７は中心ハブ５６とこのハブ５６に取付けら
れ、そしてハブ５６から外方半径方向にのびる複数のブ
レード５７から成る。ハブ５６はロータシャフト６０に
取付けられている。第５図に矢１６１で示す気体もしく
は液体がロータ１５７の面に垂直に流れるとき、ブレー
ド５７が、従ってロータ１５７が回転するようブレード
５７の角度を決め、ねじっている。ロータシャフト６０
も、高温状態で使用するに適する導電性で、長持ちして
、高強度の材料、例えばタングステンカーバイドからつ
くる。ロータシャフト６０の両端をベアリング５９．６
９に取付け、これらのベアリングはコレット５３．’６
３に取付ける。ロータシャフト６０はベアリング５９．
６９内でそれらと接触を保ちながら長軸の周りに自由に
回転する。ロータシャフト６０の尖端をうけられるに足
りる大きさの孔をベアリング５９．６９にあけているの
が好ましい。それ故、流体の流れ１６１がロータ１５７
の軸方向に推力を加えると、シャフト６０の端はベアリ
ング５９の孔の底に押しつけられて電気的接触を保つ、
コレット５３．６３は円形フレーム５１内にそれぞれの
取つけ支柱５４．６４により取付けられ、これらの支柱
は環状のロータフレーム５１から半径方向内方にコレラ
）５３．６３へのびる。ねじ５８によりコレット５３．
６３内にベアリング５９．６９を正しく保持する。ロー
タベース５２の中心開口１６３の大きさはキャパシタン
スセンサチップ４０の外側ケース２４にかぶさって嵌ま
るように決められている。

第６．７図は、流量計のロータ組立体の第２の好ましい
実施例の構造を示す、第１と第２の実施例の間の大きな
相違点は、第１の実施例５０はロータ１５７の周りで流
れ調整エンベロー１を形成する環状フレーム５１を有し
ているのに対し、第２の実施例２５０はベアリング５９
．６９の取付は支持構造となっているだけの矩形のフレ
ーム２５１を有しているということである。この矩形フ
レームの設計は大きなブレード５７を有するロータを簡
単に収容し、そしてロータシャフトとベアリングとの組
立体のための取付は支柱５４゜６４を不要としている。

他のすべての点で第１と第２のロータ組立体の実施例５
０，２５０は機能的に同じである。

第１図に示すように、プローブ２０を組立て、そしてパ
イプ部分Ｐに正しく挿入すると、プローブのロータ組立
体５０は小直径パイプ内ではパイプの中心に配置され、
そして大直径パイプ内ではパイプの直径の１／４に等し
い点に配置される。

ロータのブレード５７が回転する面が流体の流れに垂直
になるように配向する。配向ハンドル１６はロータシャ
フト６０と同じ方向に向き、そしてロータ５０をパイプ
Ｐ内の流体の流れに対して揃えるための外的手段を構成
している。

プローブ２０の熱バリヤ延長部１３は、第２図でプロー
ブ２０の外側ケース部分２１，２２゜２３．２４を構成
しているのと同じ特性の材料のチューブであり、そして
第２ａ図に示すように同じ絶縁材料３１を詰められてい
る。熱バリヤー延長部１３は、プローブ２０の中心導体
２５が終っている同軸ケーブルフィッティング８０を有
している。このフィッティング８０は第１図の同軸ケー
ブル１４の接続点となっている。第１１図に示されてい
るように、同軸ケーブル１４と熱バリヤー延長部１３と
の接続点は接続ボックス１２により保護されている。信
号発生器７５と第１０゜１１図のプリアンプ回路とへ同
軸ケーブル１４はプローブ２０を接続する。

第１．２．３図において、熱バリヤー延長部１３とプロ
ーブ２０の外側ケース部分とロータ組立体５０の全槽遺
体とは接続され、導電性でもあり、同軸伝送線の外側導
体として作用し、そしてそれらは同軸ケーブル１４の外
側導体へ接続され、それは伝送線を更に延長したものと
して働く。第２図のプローブ２０の中心導体２５は同軸
コネクタ８０へ第２ａ図の熱バリヤー１３を通ってのび
、伝送線の内部導体として働く、第３図におけるキャパ
シタンスセンサ４０の中心導体４５と第１図の同軸ケー
ブル１４の中心導体とは第２２ａ図の中心導体２５へ電
気的に接続され、伝送線の内部同軸導体を更に延長した
ものとなっている。

第３図に示し、上に説明したように、伝送線の内部導体
２５はプレート４１で終っている。プローブ２０のケー
スが形成している伝送線の外側導体は、第１．４．５図
に示すロータ組立体５０で終っている。それ故、伝送線
は、プレート４１とロータ組立体５０との間のキャパシ
タンスを除いて、プレート４１とロータ組立体５０の処
で本質的に開路となっている。こうして、キャパシタン
スセンサ４０のチップもしくはプレート４１はキャパシ
タの一方の極板を形成し、そして各ロータブレード５７
の外側の端２５７はそれがセンサチップ４０の先端４１
に近接するときキャパシタの他方の極板を形成する。パ
イプＰ内を流れる空気、蒸気、液体もしくは他の流体が
キャパシタの誘電体となる。

第５．７図は、ブレード５７の端２５７とキャパシタン
スセンサチップもしくはプレート４１との間の関係を示
している。流体の流れがロータブレード５７を回転させ
るとき、各ブレード５７は次々にセンサ４０のプレート
４１に接近する。あるブレードの端２５７がセンサプレ
ート４１に近づくと、ブレード５７とセンサプレート４
１との間の誘電体の量は減少していき、ブレードの端２
５７がセンナプレート４１に隣接するときに最小となる
。プローブ２０のセンサ４０の端のキャバシタンスはプ
レート４１に隣接して次々とブレードの端２５７が通過
していくにつれて交互に増加し、そして減少する。キャ
パシタンスはブレードの端２５７と端２５７との中間で
最も小さく、そして各ブレードの端２５７がセンサチッ
プ４１に最も近づくと最も大きくなる。ロータブレード
５７の回転速度は、パイ１１間のロータを通る気体、液
体もしくは蒸気の流量に直接比例して変る。こうして、
キャパシタンスの変化速度はロータ５０を通過する流量
によって変化し、それにより容量性リアクタンスＸｃ、
の変化率は流量に関係して変化する。容量性リアクタン
スの変化率とパイ１１間の流体の流量との間の直接的な
関係を利用して本発明の流量計は動作している。

本発明の動作原理は、従来の計測操業技術から離れ、そ
して開路の伝送線に電流定在波を立ててこれを利用して
いる。伝送線理論において、ある周波数の交番起電力を
開いているワイヤー又は導体に加えると、もとの電流波
と大きさが等しく、位相反対の反射正弦波がつくられる
。もとの波と反射波との振巾の代数和は開いた導体に沿
ってどこででも零である。このような波を定在波という
、波長λの整流定在波のプロットを第８図に示す、この
波形のスロープは、第８図でλ／４の処で生じる節の近
くで最大である。この最大スロープの区域はその系の変
化、例えば回路の開端のキャパシタンスの変化に最も敏
感であり、そして測定目的に対して最も関心のある、感
度の高いデータを生じる。

導体の開端に電気的変化を生じさせることは可能であり
、この変化は定在波の位相角θのずれφを生じさせる。

上に述べたように、導体２５の開端から定在波に移相を
生じさせる一手段は、導体２５の開端のインピーダンス
に変化を生じさせることである。全回路インピーダンス
Ｉは、電流に対する抵抗Ｒと、誘導性リアクタンスｘＬ
と、容量性リアクタンスＸＣとから成る０本発明の回路
についていえば、同軸ケーブル１４とプローブ２０の固
定導体２５に生じた起電力はどこでも一定であり、また
、抵抗Ｒもどこでも一定である。回路には誘導成分はな
い。従ってＸ＋、＝Ｏである。

しかし、容量性リアクタンスＸＣはある。上に説明した
ように、導線２５の端のプローブ２０のセンサブレート
４１とロータ組立体のブレードの端２５７とはキャパシ
タンスを形成しているからである。更に、この容量は変
化する。ブレードの端２５７とセンサブレート４１との
間の距離とその間の誘導体（気体、蒸気又は液体）の量
が、パイ１１間の誘電液体の流れによってブレード５７
が回転するにつれて変るからである。

容量性リアクタンスは次式により与えられる。

ＸＣ ２πＣｆ ここでＣは回路の容量であり、ｆは起電力の周波数であ
る。従って、一定周波数ではＸＣはＣと逆比に変化する
。更に、電気理論で一般に、次式％式％ ここでθは所与の正弦波の位相角であり、Ｘは回路のり
アクタンスであり、そしてＲは回路の抵抗である。Ｒが
一定であり、そしてＸ＝０であるから位相角θの正接そ
して結果的にθそれ自体は容量性リアクタンスの変化に
直接比例し、容量の変化に逆比例する。流体内の１０−
ブ２０のセンサブレート４１をロータブレードの端２５
７が通り過ぎるとき生じる容量の変化は、位相角θの変
化（第９．１１図に移相量φとして示す）を、そして定
在波における所与の点についての振巾の変化（振巾変調
；第９，１０図にΔＥとして示す）をつくる。これらの
変化は、もとの波の反射点がら１／４波長くλ／４）離
れて生じる定在波の節近くで顕著であり、測定可能であ
り、上記の反射点はプローブ２０のセンサブレート４１
と一致している。波形の曲線上の所与の点が所与の位相
角θに対する起電力の振巾を表わしているので、導体２
５に沿う固定点Ｃに関して、その振巾は位相角がずれる
につれて変化することを理解するであろう。

例えば、第９図に示すように、導体に沿う固定基単点Ｃ
についてこの点Ｃの波形１の点ａの振巾は位相がφだけ
ずれた後の点Ｃの波形２の点すの振巾より大きい。この
位相量φと振巾の変化ΔＥとの両方を従来の手段で計測
することは可能である。つづけて前後に位相ずれφが生
じる速さと位置ａ、ｂ間で振巾Ｅが前後に移動する速さ
とを検出及び／又は計測することも可能である。定在波
のこれらの変化はプレート４１に近接して回転ロータの
各ブレード５７の端２５７が通過するのと一致しており
、回転速度はバイブＰの流体の平均流量に直接比例して
いる。従って、定在波の変化速度は流体の流量に比例し
ている。

５０−２００メガヘルツの範囲に最初の周波数ｆを選択
すると、実際に容易に測定できるだけの位相ずれと振巾
変調とを生じる容量性リアクタンスの値をつくる容量値
を生ぜしぬるという利点がある。この周波数範囲の別の
利点は、センサプレート４１から１／４波長の処に生じ
る定在波の節点をバイブＰに流れる流体の高温と雑音の
雰囲気からかなり離せるようになるということである０
節点の近くの区域が振巾の変化又は位相ずれφを最も感
度よく測定できる場処であるので、検出器の電子装置を
バイブ雰囲気からかなり離せることができ、バイブＰの
極端な温度と雑音雰囲気から検出器の電子装置を十分な
熱バリヤーを用いて離せるのである。それ故、高感度の
検出器の電子装置でも、測定されている流体を取囲む極
端に高い又は低い温度もしくは電子的機械的雑音によっ
て影響をうけることはない、更に、５０−２００メガヘ
ルツの範囲の信号は既存の、比較的廉価な、在庫があっ
てすぐ入手できる装置によって発生できる信号である。

更に、プローブ２０と同軸ケーブル１４は所与の周波数
に対しての同調回路を備えているので、異なる周波数範
囲（波長）の入力信号を発生するだけのことで別の範囲
のバイブラインのサイズに対しては異なるプローブの長
さとサイズとが得られる。

１０−プ２０、熱バリヤー延長部１３及び同軸ケーブル
１４が接続されると、第１０．１１図に示す周波数又は
信号発生器７５が発生する周波数の１／４波長よりも僅
かに長い開放、同調回路が形成される。プローブ２０と
熱バリヤー延長部１３とは、この好ましい実施例で一緒
に接続されると約１／８波長の長さとなる。

定在波の位相変調と位相ずれとを検出するとき、正弦波
の定在波のスロープが最も急な処である、第１０．１１
図のλ／４の節点のいずれかの側に電子検出器を配置す
る。反射波の変化を検出し、そしてそれらの変化をもと
の波形のパラメータと比較するとき（これは例えばタイ
ムドメイン反射測定で実施できる）、検出器は輻射波の
導入点に配置する。

第１０図において、基準点Ｃについての定在波の振巾の
変化（振巾変調）は、基準点Ｃにもしくはその近くに配
置したコイルもしくは他の従来のセンサ７０によって測
定される。このセンナ７０の信号出力は、無線周波数増
巾器７１から成るプリアンプ、振巾変調（ＡＭ）検出器
７２、オペアンプ７３そして零交さ点検出器７４へ送ら
れる。

センサ７０からの信号は先ず無線周波数増巾器７１によ
り増申され、それから振巾変調検出器７２へ送られ、こ
れは信号発生器７５が発生する搬送周波数を除き、位相
ずれφに起因する振巾の変化（パルス）又は振巾変調Δ
Ｅだけを残す。オペアンプ７３はこれらの小さい信号を
増申し、これらの信号は正と負の値を有する正弦波であ
る。それから、この増巾した信号を零交さ点検出器７４
へ送り、この検出器は信号を再び増巾して矩形波を発生
する。この矩形波の各パルスはロータ組立体５０の一枚
のブレードの端２５７の通過を表わしている。それから
、矩形波のパルスはプリアンプ部から、パルスを流量に
変えてリアルタイムで流量を読出せるようにする普通に
入手できる回路へ送られる。

位相のずれφの測定方法を第１１図に示す。比較器８０
、例えば定在波比測定器は到来波の位相角θと定在波の
反射波成分とを検出する。到来波の位相角θを零基準と
して用いると、反射波の位相角はそれがロータ１５７の
回転により生じた容量の変化によって変えられてから構
成される装置れから、比較器８０は位相ずれφ変化の速
さを決定し、そしてこの信号を低周波増巾器８１へ送り
、この増巾器はその信号を増申し、そしてそれを零交さ
点検出器８２に送り、この検出器８２は再びその信号を
増巾し、そしてθの変化を矩形波パルスに変換し、各パ
ルスは一枚のロータブレードの端２５７がセンサプレー
ト４１を通過するのに関連している。比較器、低周波増
巾器そして零交さ点検出器がプリアンプであると考えら
れる。

このプリアンプの出力を、ロータのブレードの回転速度
を蒸気、気体もしくは液体の流量に関係づけて、読出せ
るようにする増巾器／信号処理装置に送る。

プローブの外側ケース、ロータの組立体及びセンサチッ
プの部分を、１０００″Ｆ以上の温度に耐えられる強度
の高い、導電性の、そして耐腐蝕性の材料、例えばステ
ンレス鋼からつくる。高強度と耐腐蝕性とは必要ないけ
れども中心導体を同じ耐熱材料からつくる。絶縁物と接
着剤とは非導電性であり、そして１０００°Ｆ以上の高
温と低温とに同じように耐えてその強度を維持しなけれ
ばならない。

セラミック絶縁物はこの用途に適している。絶縁物を正
しい位置に保持して加圧シールをつくる熱バリヤーの別
の部分は高温と低温の両極端と高圧力とに耐えなければ
ならない。この目的にアルミナが向いている。フィルタ
／別の熱バリヤとして選択された材料は強度もしくは耐
圧特性を持っていなくてもよいが、電気を通さないし、
そして低温と高温とに耐えられなければならない。

適当な導電性と強度特性とを有する新しい材料の温度抵
抗性く耐熱性）が増大したら、本発明の設計のプローブ
の高温限界と低温限界とはそれだけのびる２本発明の設
計のプローブの温度範囲は、設計それ自体でなく、要素
の材料の温度範囲により制限される。

以上の説明は、本発明の詳細な説明しただけのことであ
る。当業者であれば種々変更することは容易であるので
本発明を以上の構成と動作の説明に限定するものではな
い。例えば、タイムドメイン反射測定のような他の方法
によって定在波の変化を測定し、そしてそれらの変化を
被測定物の流量と関連づけるようにすることもできる。

従ってすべての適当な変更は本発明の思想内で実施され
ることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、流れパイプ内にゲートバルブを通して配置し
たライン挿入装置を含む本発明の流量計の全組立体の側
面図、 第２図は、本発明の高温プローブチューブ組立体の縦軸
に沿う縦断面図、 第２ａ図はプローブ組立体の熱バリヤー延長部分の縦軸
に沿う縦断面図、 第３図は、高温プローブチューブ組立体の容量センサ部
分の縦軸に沿う縦断面図、 第４図は、本発明の容量センサのロータ部分の好ましい
第１の実施例の側面図、 第５図は、第４図の容量センサのロータ部分の第１の好
ましい実施例の側方を切開してプローブチューブの容量
センサのチップに対するロータの関係を示す斜視図、 第６図は、本発明の容量センサのロータ部分の第２の好
ましい実施例の側面図、 第７図は、第６図の容量センサのロータ部分の第２の好
ましい実施例の斜視図、 第８図は、本発明の同調部分に発生した定在波の上方部
分の略図、 第９図は、本発明に従っての、定在波の固定点に対して
の振巾の変化と位相のずれとの略図、第１０図は、本発
明において使用される、固定点に対しての定在波の振巾
変化を測定する好ましい電子装置の略図、 第１１図は、本発明において使用される、定在波の位相
シフトを測定する好ましい電子装置の略図である。 １０：種湯流量計 １２：ゲートバルブ １３：熱バリヤー延長部 １４：同軸コンジット １５：接続アセンブリ １６：配向ハンドル Ｐ ：パイプ ２０ニブロ一ブ部分 ４０：キャパシタンスセンサ ４１　： キャパシタの一方の極板 ５０　： ロータ組立体 ５１　： ロータフレーム ５６　： 中心ハブ ５７　ニ ブレード ６０：ロータシャフト ２５７：ブレードの端 （キャパシタの他方の極 板）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パイプラインの中を流れる流体の流量を測定する装
   置において、 流体の流量を検出するためパイプラインに挿入するプロ
   ーブ手段、 このプローブ手段に定在波を発生するためプローブ手段
   に接続されたエレクトロニック発生器手段、 定在波の位相角と振幅の変化を流体の流量に関連させて
   生ぜしめるためプローブ手段に接続されているインピー
   ダンス手段、及び 定在波の変化を検出するためプローブ手段に接続されて
   いる感知手段 を備えていることを特徴とする流量測定装置。 ２、プローブ手段が第１の導電体と第２の導電体とから
   成る伝送線を含み、両導電体はエレクトロニック発生器
   手段へ接続されるとともに本質的に開放回路となって終
   わっている請求項１に記載の流量測定装置。 ３、インピーダンス手段が、パイプライン内の流量との
   関連で伝送線の容量を変えるため伝送線に配置した可変
   キャパシタ手段を含む請求項２に記載の流量測定装置。 ４、第１と第２の導電体が流体内で相互に近接して終わ
   つており、可変キャパシタ手段が伝送線の容量を変える
   ため第１と第２の導電体の終端に近接して流体内に配置
   されたロータ手段を含み、このロータ手段はパイプライ
   ン内の流体の流量に関連させてロータ手段を回転させる
   駆動手段を含んでいる請求項３に記載の流量測定装置。 ５、上記駆動手段は流れている流体と作用してロータを
   回転させるためロータにもうけた複数のブレードを含ん
   でいる請求項３に記載の流量測定装置。 ６、ブレードが導電体であり、第１と第２の導電体の終
   端に近接して通過するよう配置されて通過時に伝送線の
   容量を変えるようにした請求項５に記載の流量測定装置
   。 ７、ブレードが第１と第２の導電体の一方の一部を形成
   し、そして他方の導電体の終端近くを順次に通過する請
   求項６に記載の流量測定装置。 ８、プローブ手段が、同軸に離して配置された第１と第
   ２の導電体を有するチューブ部分を備え、第１の導電体
   の中心ワイヤーはチューブ部分を縦に伸びており、それ
   の遠い方の端はキャパシタの第１の極板を形成する遠隔
   チップとなって終わり、第２の導電体はチューブ部分の
   外側ケースであり、それの遠い方の端はロータの取りつ
   けポートとなっている請求項７に記載の流量測定装置。 ９、ロータは第２の導電体と電気的に同じであるロータ
   組立体の一部であり、それの構造を通して導電性であっ
   て、キャパシタの第２の極板を形成している請求項８に
   記載の流量測定装置。 １０、プローブ手段がその第１と第２の導電体を電気的
   に絶縁するとともに熱の伝達を阻止し、かつ加圧シール
   をつくる熱バリヤー手段と、第１と第２の導電体の遠い
   方の端を終端するとともにエレクトロニック発生器への
   接続をつくる同軸ケーブルの取りつけ手段とを備えてい
   る請求項９に記載の流量測定装置。 １１、ロータがベアリング、シャフト、ハブ及びプロー
   ブの遠い方のチップを通過して回転するよう配置したブ
   レードを備える回転部分を有しており、各ブレードの先
   端はキャパシタ手段の第１の極板を通過するときそれの
   第２の極板を形成し、流れている流体がキャパシタの誘
   電体となり、キャパシタは定在波の最大振幅の位置に配
   置されている請求項１０に記載の流量測定装置。 １２、ロータがチューブ部分の遠い方の端へ取りつける
   ための円筒ベース、回転数が流量に比例しているロータ
   を収容するためベースへ取りつけられた円筒フレーム、
   及びロータベアリングをフレームへ接続する取りつけ支
   柱を含んでいる請求項１１に記載の流量測定装置。 １３、ロータがチューブ部分の遠い方の端へ取りつける
   ための円筒ベース、ロータを支持し、ベアリング、シャ
   フト、ロータハブ及びブレードのための取りつけ手段と
   なつている面が矩形で、かつ断面が薄いフレームを備え
   、ロータ部分はブレードを通る流体の流量に比例した回
   転数を有している請求項１２に記載の流量測定装置。 １４、導電体、ロータ組立体、チューブ及び熱バリヤー
   部分が、低温度から華氏１０００度以上の高温度の範囲
   の温度において強度を維持する導電材料から成り、絶縁
   材料が低温度から華氏１０００度以上の高温度の範囲の
   温度において強度を維持し、非導電性を喪失することの
   ない非導電材料であり、これらの導電材料と非導電材料
   とは低温度から華氏１０００度以上の高温度の範囲の温
   度で強度と結合とを喪失しない非導電性の接着材及び手
   段とにより結合されている請求項１２に記載の流量測定
   装置。 １５、エレクトロニック発生器手段が、 正弦波出力を発生する信号発生器、 その信号発生器の出力をプローブ手段に接続する同軸ケ
   ーブル、及び 定在波を発生する開放同調回路をつくる同軸ケーブルと
   プローブとの組み合わせ とを備え、上記の回路はほぼ定在波の波長の４分の１で
   ある請求項２に記載の流量測定装置。 １６、定在波の最大振幅が同調回路の開放端に生じ、そ
   の節が信号発生器によって正弦波が導入される回路の端
   の丁度前の処で生じるように同調回路内に定在波が位置
   している請求項１５に記載の流量測定装置。 １７、同軸ケーブルとプローブ手段がそれぞれ、定在波
   の波長の８分の１にほぼ等しい請求項１５に記載の流量
   測定装置。 １８、プローブがその長さを長くし、同じだけ同軸ケー
   ブルの長さを短くして同調回路の長さは変わらないよう
   にし、プローブの長さが異なるパイプラインの直径に適
   合するよう変わるようにした請求項１５に記載の流量測
   定装置。 １９、同調回路の長さを大きい直径のパイプラインに合
   うようにプローブを長くできるよう整数倍とする請求項
   １５に記載の流量測定装置。 ２０、正弦波の周波数が約５０ないし２００メガヘルツ
   の範囲にある請求項１５に記載の流量測定装置。 ２１、正弦波の周波数が約７２メガヘルツである請求項
   ２０に記載の流量測定装置。 ２２、７２メガヘルツの正弦波を導入した後、ロータ部
   分の回転によリプローブの先端にできるキャパシタンス
   が約０．０７ピコファラッドである請求項２１に記載の
   流量測定装置。 ２３、定在波の変化を検出するためプローブ手段へ接続
   された感知手段を含む請求項１に記載の流量測定装置。 ２４、定在波の曲線のスロープが最大となる定在波の節
   点近くに感知手段を配置した請求項２３に記載の流量測
   定装置。 ２５、感知手段がセンサが配置されているプローブの点
   での定在波の振幅の検出器であり、この検出器は定在波
   の振幅の変化に関する出力を発生する請求項２４に記載
   の流量測定装置。 ２６、感知手段が定在波の位相角の変動の検出器であり
   、この検出器は定在波の位相角の変動に関する出力を発
   生する請求項２４に記載の流量測定装置。 ２７、定在波の変化を検出するため伝送線へ接続されて
   いる感知手段と、検出した定在波の変化を流量に変換す
   るため感知手段へ接続されている計測手段とを含む請求
   項１４に記載の流量測定装置。 ２８、感知手段が定在波の節点近くに配置されており、
   そして伝送線上の所与の点での定在波の増巾変化の検出
   器であり、定在波の振巾の変調に関する出力を発生する
   請求項２７に記載の流量測定装置。 ２９、計算手段が振巾変調感知手段の出力をロータのブ
   レードの端の通過に直接関係している信号に変換し、そ
   の信号は流量に直接関係している請求項２８に記載の流
   量測定装置。 ３０、感知手段が定在波の節点近くに配置された定在波
   の位相角のずれの検出器であり、かつ定在波の位相角の
   ずれに関連している出力を発生する請求項２７に記載の
   流量測定装置。 ３１、計算手段が、位相ずれ感知手段の出力をロータの
   個々のブレードの端の通過に直接関係している信号に変
   換し、この信号は流量に直接関連している請求項３０に
   記載の流量測定装置。 ３２、計算手段が、タイムドメイン反射測定の原理を利
   用して、感知手段の信号出力をロータのブレードの通過
   に関連した信号へ、そして流量の読取値へ変換する請求
   項２７に記載の流量測定装置。 ３３、パイプライン内の流体の流れを中断することなく
   プローブ手段をパイプラインへ挿入でき、そしてパイプ
   ラインから取出せる請求項３に記載の流量測定装置。 ３４、プローブを過ぎて室を通して流体を流す段階； プローブを含む電気回路に存在する定在波をつくる段階
   ； 電気インピーダンスの変化がプローブを通過する流体の
   流量に関係して生じさせるようにする段階；及び 電気インピーダンスの変化が定在波の変化を生じさせる
   ようにする段階； 定在波の変化を測定し、その変化を室をながれる流体の
   流量に関係づける段階 を備えるパイプライン内の流体の流量を測定する方法。 ３５、低温から華氏１０００度を越える範囲の温度で機
   能する材料でプローブの全体を構成する段階を含む請求
   項３４に記載の流量測定方法。 ３６、キャパシタンスに変化を生じることによりインピ
   ーダンスを変える段階を含む請求項３４に記載の流量測
   定方法。 ３７、室内のプローブの一部分をキャパシタとして作用
   させることにより、流体の流量に応答してキャパシタが
   容量を変化させるようにすることにより容量の変化を生
   じさせる段階を含む請求項３６に記載の流量測定方法。 ３８、定在波の振巾が最大となる第２の極板部分を形成
   するチップを有するセンサ部分とキャパシタの第１の極
   板部分を形成するチップを持つブレードを有するロータ
   部分とから成るキャパシタをつくる段階を含む請求項３
   ７に記載の流量を測定する方法。 ３９、第１の極板部分と第２の極板部分との間の誘電体
   として流体を流す段階を含む請求項３８に記載の流量を
   測定する方法。 ４０、所与の波長の定在波をつくるのに適当な同調回路
   を構成するようにプローブに関連させて電気回路を形成
   する段階を含む請求項３４に記載の流量を測定する方法
   。 ４１、選択された周波数の定在波の波長の４分の１より
   も僅かに長くすることにより同調回路を同調させる段階
   を含む請求項４０に記載の流量を測定する方法。 ４２、選択された周波数の定在波の波長の４分の１の偶
   数倍よりも僅かに同調回路が長くなるようにして同調回
   路を同調させる段階を含む請求項４１に記載の流量を測
   定する方法。 ４３、低温から華氏１０００度を越える温度範囲から測
   定手段を隔離する段階と、流体の温度範囲よりも極度に
   狭い温度範囲で測定手段を作動できるようにする段階と
   を含む請求項４０に記載の流量を測定する方法。 ４４、定在波の振巾の変化を測定する段階とこれらの測
   定値を流体の流量に関連づける段階とを含む請求項３４
   に記載の流量を測定する方法。 ４５、定在波の位相のずれを測定する段階とそれらの測
   定値を流体の流量に関連づける段階とを含む請求項３４
   に記載の流量を測定する方法。 ４６、タイムドメイン反射測定により定在波の変化を測
   定する段階と、それらの測定値を流体の流量に関連づけ
   る段階とを含む請求項３４に記載の流量を測定する方法
   。 ４７、約５０−２００メガヘルツの範囲の周波数により
   定在波をつくる段階を含む請求項３４に記載の流量を測
   定する方法。 ４８、約７２メガヘルツの周波数により定在波をつくる
   段階を含む請求項３４に記載の流量を測定する方法。 ４９、約０．０１ないし０．１０ピコファラッドの範囲
   の容量変化を生じさせる段階を含む請求項３６に記載の
   流量を測定する方法。 ５０、約０．０７ピコファラッドの容量変化を生じさせ
   る段階を含む請求項３７に記載の流量を測定する方法。