JPH03501295A - 質量・体積流量計 - 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】 旧比 本発明の流量計は２つの流路を備えていて、この２つの流路の各々にはそこを通 る流体の体積流量または質量流量を測定するための流量センサーをそれぞれ設け てなるものである。また、この２つの流路のうち少なくとも一方には流れ妨害用 部材が配置されていて、その一方の通路を通る流体の流れを妨害する。

その妨害の程度は流量計を通る質量流量の関数として変動するようになっている 。流れ妨害用部材による流れ妨害の程度はその流れ妨害用部材にかかる流体動圧 が増加するにつれて減じる。

この流体動圧はこの流体の流速が増加するにつれて増加する。

流量計に設けた一対の流量センサーが体積流量を測定するタイプのセンサーであ る場合には、流量計を通る体積流量は２つの流量センサーからの出力の加法的組 合せから決定され、一方、質量流量についてはその体積流量と２つの流量センサ ーからの出力の差異組合せとを組み合わせることによって決定される。

また、流量計に設けた一対の流量センサーが質量流量計である場合には、流量計 を通る質量流量はこの２つの流量センサーからの出力の加法的組合せから決定さ れ、一方、体積流量については、その質量流量と２つの流量センサーからの出力 の差異組合せとを組み合わせることによって決定される。もちろん、流量の密度 は質量流量と体積流量との比として得ることができる。

本発明の優先権は米国特許出願Ｓ、Ｎ、０７　／２０８．７３９号（１９８８年 ６月２０日の出願で「一台３役の流量計」という名称）に基づくものである。

現在使用されている流量計は質量流量か体積流量を測るものであって、質量流量 と体積流量との両方を測ることのできる流量計は現時点ではまだない。質量流量 と体積流量とを同時に測ることができる質量・体積流量計があると、以下の理由 のため、流量測定技術に革新をもたらすことになる。すなわち、第１に、現在の 質量流量測定技術では多くのタイプの多相流体及び、より詳細には湿り蒸気や泡 状物質のような流体と気体の混合物を測定するうえで精度や信頼性を与えること ができない。特にこのようなタイプの物質は今日産業界でまた家庭で非常に広汎 に扱われているのである。第２に、今日では多（の体積流量計があり、その体積 流量センサーは質量流量測定用センサーに較べてはるかに信頼性が高い或いは用 途が非常に広い。したがって、体積流量センサーを用いている流量計に質量流量 測定能力を与えてやるような技術は、質量流量測定技術における精度及び汎用性 を体積流量測定技術におけるそれらに比肩し得るレベルに−まで、ひき上げるこ ととなろう。

本発明の第１の目的は、質量・体積流量計にして、流路を２つ形成してこれら流 路に対して一対の流量センサーを対応配置し、この２つの流路のうち少なくとも 一方には当該一方の流路を通る流体の流れを妨害する流れ妨害用部材を備え、そ してこの流れ妨害用部材は、２つの流路を通る流体によってそこに加わる動圧が 増加するか減少するかすると、当該一方の流路を徐々に開いたり或いは徐々に閉 じたりするといった、そのような質量・体積流量計を提供することにある。流量 計を通過する流体の体積：＆量は一対の流量センサーからの出力の一関数とじて 決定される。一方、質量流量はこの一対の流量センサーからの出力の別の関数と して決定される。流体の密度は質量流量と体積流量との比として決定することが できる。

もう１つの目的は、質量・体積流量針にして、その流れ妨害用部材はスプリング 偏倚を備えたものであって、しかもその偏倚は質量・体積流量計を通過する流体 によってその流れ妨害用部材に加えられる流体動圧をうち消す方向に作用すると いった、そのようなスプリング偏倚をもった流れ妨害用部材を設けた質量・体積 流量計を提供することにある。

さらに別な目的は、質量・体積流量計にしてその流れ妨害用部材は地球の重力の 偏倚を持ったものでその流れ妨害用部材にかかる流体動圧をうち消す方向に作用 するといった、質量・体積流量計を提供することにある。

さらに別の目的は、流れ妨害用部材を強制的に完全に開放するか或いは完全に閉 塞するための機構を備えた質量・体積流量計を提供することにある。

さらに別な目的は、質量・体積流量計にして、そこに設けた一対の流量センサー は一対の体積流量測定用のセンサーから成る、そのような質量・体積流量計を提 供することにある。

さらに別な目的は、質量・体積流量計にして、そこに設けた一対の流量センサー は一対の質量流量測定用のセンサーから成る、そのような質量・体積流量計を提 供することにある。

さらにまた別の目的は、一対の渦センサーを備えた質量・体積流量計にして、流 速は、一対の渦センサーが検出した渦発生周波数からか、或いは１つの共通の渦 発生器からその渦発生器のところから２つの異なる下流側位置にそれぞれ設置さ れた一対の渦センサーまでの進行時間における差のいずれかから決定されるとい った、そのような質量・体積流量計を提供することにある。

本発明についての以上の目的及びそのほかの目的は、発明についての説明が進行 するに従って明らかになるであろう。本発明は以下に列挙する図を参照すること によって非常に明瞭に且つ詳細に説明されることになろう。

第１図は流量計の２つの流路に１つの渦発生器と一対の渦センサーをそれぞれ配 置してなる質量・体積流量計についての一実施例の断面図である。

第２図は第１図に示した実施例、の別の断面を示している。

第３図は圧電トランスジューサ及びそこからの電気信号の流れについての線図を 示すもので、これらは渦センサーに用いられる。

第４０は第２図に示す実施例についての代替的構造を示す。

第５図は１つの渦発生器と一対の渦センサーとを備えた質量・体積流量計につい ての別の実施例の断面図である。

第６図は第５図に示した実施例の別の断面を示している。

第７図は１つの渦発生器と一対の渦センサーとを備えた質量・体積流量計につい ての更に別の実施例の断面図である。

第８図は一対の渦発生器兼センサーを備えた質量・体積流量計についての一実施 例の断面図である。

第９図は第８図に示した実施例の別の断面を示している。

第１０図は一対の渦発生器兼センサーを備えた質量・体積流量計についての別な 実施例の断面図である。

第１１図は第１０図に示した実施例が有する渦発生器兼センサーについての断面 図である。

第１２図は一対の渦発生器兼センサーを備えた質量・体積：ａ置針についての更 に別な実施例の断面図である。

第１３図は一対の渦発生器兼センサーを備えた質量・体積流量計についてのなお 更に別な実施例の断面図である。

第１４図は第１３１２１に示した実施例が有する渦発生器兼センサーの断面図で ある。

第１５図は１つの渦発生器及び２系統の渦発生周波数を検出する１つの渦センサ ーを備えてなる質量・体積流量計につｐｓでの実施例の断面図である。

第１６図は２系統の渦発生周波数を検出する渦検出器兼センサーを備えた質量・ 体積流量計についての実施例の断面図である。

第１７図は一対のタービンを備えた質量・体積流量計についての実施例の断面図 である。

第１８図は一対の熱流量センサーを備えた質量・体積流量計についての実施例の 断面図である。

第１９図は第１８図に示した実施例に含まれる熱流量センサーの断面図である。

第２０図は第１９図に示した実施例に代えて用いることのできる熱流量センサー の代替例である。

第２１図は一対の電磁流量センサーを備えた質量・体積流量計についての実施例 の断面図である。

第２２図は第２１図に示した実施例の別の断面を示している。

第２３図は一対の音響センサーを備えた質量・体積流量計についての実施例の断 面図である。

第２４図は一対の流路構造に対して一対の差圧センサーを対応配置した質量・体 積流量計についての実施例の断面図である。

第１図には、本発明の原理に基づき組み立てた質量・体積流量計についての一実 施例の断面が示されている。その流量計は１つの渦発生器と一対の渦センサーを 備えている。流量計本体１はこの本体一端から他端へと抜ける内腔２を有してい る。この内腔２は分割板５によって２つの流路３及び４に分割されている。渦発 生用の柱状体６は縦長の円柱状を呈していて、上記２つの流路３．４の両方にわ たって配置され且つ流量計本体１に固定されている。流量計本体１内において柱 状体６は分割板５を貫通しているが、そうしたために両者間にはすきまが生じな いよう考慮された構造となっている。一対の渦センサー７及び８は渦発生器６の 下流側断面のところで上記２つの通路の中にそれぞれ配設されている。この２つ の渦センサー７．８の各々は渦発生器６と内腔中心軸心との平面にほぼ平行な面 内に置かれた平坦部材９から成る。この内腔における上記平坦部材９の下流側半 分はその一端が流量計本体１に固着されている。一方、この下流側半分からスリ ットによって部分的に分離されている平坦部材９の上流側半分は、その一端がト ランスジューサ容器１１から延びた受圧板９に固着されている。２つの流路のう ちの一方４にはフラップシャッターのような流れ妨害用部材１２が設けである。

これは枢軸１３を中心に回動し得るようになっている。この流れ妨害用部材１２ にはそれが完全に閉じることによって流路４が完全に閉塞されるよう常に付勢し ておくだめの偏倚力が与えられている。流量計に流体が流れると流れ妨害用部材 １２に流体動圧がかかる。そしてこの動圧によって流れ妨害用部材１２は流速が 大きくなればなるほどより広く拡がることになる・当然のことではあるが、流速 が非常に小さいときは流体は流路３のみを通り、流路４は流れ妨害用部材１２に よって完全に塞がれた状態にある。一方、流速が非常に大きくなると２つの流路 ３，４には等量の流体が流れるようになる。すなわち、この状態では流れ妨害用 部材１２はそれに非常に大きな流体動圧がかかることによって完全に開いた姿勢 （図に点線で示す）となるからである。留意すべき点は、流れ妨害用部材１２に かかる流体動圧は、流速が小のときは専ら抗力であり、また流速が大のときは専 ら揚力である、ということである。

第２図には第１図に示した実施例についての別の断面、すなわち第１図で２−２ と示したところの断面が示されている。流れ妨害用部材１２は半円薄板状のフラ ップから成るものであって、これは流量計本体１に一対のベアリング１４．１５ によって支承され、枢軸１３を中心に回動可能とされている。この独特の構成に おいて、この流れ防害用フラップ１２を完全に閉塞状態に保持するための偏倚ト ルクはこのフラップ１２の重量によって与えられる。この偏倚トルクを与えるも のについては、別のもの、例えばスプリングや付加重量でもよいことは容易に理 解される。

第３図には第１図に示した実施例が備えているトランスジューサ容器１１につい ての実施例の断面が示されている。そしてこの断面は受圧板９に垂直でしかも分 割板５にも垂直である平面におけるところのものである。このトランスジューサ 容器１１は内部に円筒状の空洞部を形成したものであって、この空洞部の蕩い底 壁には一対の圧電素子であってそれぞれ互いに反対方向に極性を与えたものを押 し付けている。この薄い底壁には補強用ウェブが設けられている。このウェブは 上記薄い底壁に垂直な面であって且つ上記２つの圧電素子１６．１７の中間に配 置される。この強化用ウェブから第１図に示される実施例が有する受圧部材１０ が延びている。第１図に示される受圧板９に流体動圧が加わると、この受圧板９ は側方に偏向する。そうすると、互いに反対方向に極性を与えられた２つの圧電 素子１６，１７に応力が加わることになる。この２つの圧電素子１６．１７によ って発生した起電力は一対の増幅器１８．１９によって増幅される。なおこの２ つの増幅器１８．１９の中間には渦センサー７．８の機械的振動に起因するノイ ズを相殺するための信号バランス手段２０が設けられている。而して増幅された 起電力は合成されて１つの電気信号となる。この信号は受圧板９にかかる流体動 圧を表している。

渦発生用の柱状体６で２つの流路３，４にそれぞれ位置しているところの２つの 区画では、それぞれそこから次々と渦が発生して２つの渦列ができる。この柱状 体６０２つの区画の各々から発生する渦発生頻度（周波数）はこの柱状体の当該 区画を含む流路を通る流体の速度に比例する。一対の渦センサー７゜８は２つの 流路それぞれの中を移動している渦を検知する。流体の速度Ｕは渦発生周波数ｆ に比例するので、流量計を通る体積流量値Ｍは以下の式により決定される。

ここでＳは流路の総断面積で、Ｋは流速に対する渦発生周波数に関する比例常数 であり、添字１，２はそれぞれ２つの流路３．４のことを表している。分割板５ が内腔２を２つの等しい流路３２．４となるよう分割したとすると、Ｋ１とに２ とは渦発生周波数が流速にリニアに比例する流速範囲では同じ数値となる。

流量計をキャリプレートすることによりに、とに２を実験的に決定しておけば、 体積流量は渦センサー７．８によって測定した渦周波数を上記の式（１）のｆに 入れることにより算出することができる。

流れ訪客用部材１２が流路４を通る流体の流れを訪客するその度合いは、流速が 非常に低いときに最大であって、流体の流れが非常に大きな値になるまで増加す ると最小値に減じる、ということは明らかである。というのは、流れ妨害用部材 １２に作用してそれを開こうとする流体動圧は２つの流路３，４を通る流体の運 動エネルギーに一般的に比例するからである。その結果として、２つの流路にお ける流速の差異と流体の運動エネルギーとの間には下記の等式の数学的関係が成 り立つことになる。

ここで、Ｆは単調減少関数を表し、ρは流体密度であり、Ａ。

Ｂ及びＣはパラメータ定数である。等式（２）の逆関係についは以下の式となる 。

上記等式は下記の形に書き改めることができる。

ここで、Ｈｌ及びＨ２は実験的に決定されるべき関数関係を表している。等式（ ４）及び（５）は質量流量Ｍについての下記の等式を得るため、組み合せること ができる。

流量計をキャリプレートすることにより関数関係Ｈ８及びＨ２を実験的に決定す ると、流量計を通る質量流量は渦センサー７゜８によって測定した渦発生周波数 ｆ、及びｆ２がら決定した流速Ｕ１及びＵ２を等式（６）のそれにそれぞれにあ てはめることによって算出することができる。つまり、一対の流速センサーを用 いた本願発明の質量・体積流量計とは、この２つの流速センサーからの出力を加 法的に組み合わせることにより体積流量を決定し、それから質量流量は等式（６ ）によって与えられる実験的に決定される関数関係から決定する、というもので ある。留意すべきことは、まず、２つの流路３．４は１つの内腔を分割仮により 分割して形成する代りに２つの別々の通路を与えてやってもよいということ、そ れから、流れ妨害用部材は図に示したような単なるフラップの外にも他の形態の ものを採り得るということ、である。

第４図には第１図及び２図に示した実施例が有する流れ妨害用部材１２と同じ役 割を担う別の構造の流れ妨害用部材が示されている・この構造の流れ妨害用部材 ２２は、その流れ妨害用部材２２ノフラップの重量に基づく偏倚トルクに代えて 、又はその偏倚トルクに付加するものとして、機械スプリング２３によって偏倚 トルクが与えられている。この偏倚トルクは流体の運動エネルギーがないときに は流れ妨害用部材２２を完全に開いた状態に保持する役割をする。この流れ妨害 用部材２２は、さらに、それを構成するフラップを強制的に完全に開放するか完 全に閉塞するためのアクチュエータを含むこともある。そのようなアクチュエー タは流れ妨害用部材２２の回動輪から延びるハイピッチねじ２４をもつ。このハ イピッチねし２４は回転することのない自由滑動ブロック２５の内部に形成した めねじと噛み合っている。そこでアクチュエータ桿２６を流量計本体の方に完全 に押し込むと、流れ妨害用部材２２のフラップは完全に開く。流れ妨害用部材２ ２にはそのフラップに穴を形成することによって、そのフラップが完全に閉じた ときでも当該フラップによって偏差された流路をある少量の流体が通過できるよ うにしてやってもよい。

第５図には第１図及び２図に示した実施例とわずかの例外を除いて実質的に同じ 構造で同じ作動原理をもつ質量・体積流量計についての実施例の断面が示されて いる。そしてその例外とは、まず、２つの渦センサー２８．２９が流路の同一下 流断面にではなく異なる下流断面のところに設けられているということ、第２に 、渦発生用の柱状体３０は分割板３２に形成した大きめな穴３１を貫通している ということである。特に後者に関しては、その大きめな穴３１における柱状体３ ０の側面のまわりのすきまを閉じるためのシャッター１反３３が設けられている 。このシャッター板３３はアクチュエータ桿３４によって操作されるものであっ て、このアクチュエータ桿を流量計本体から引っ張るとシャッター板３３は上記 すきまを閉じることになる。流れ妨害用部材３５はこれを強制的に回動するため のアクチュエータ機構を備えている。

この機構は、第４図に示したようなハイピ、７チねじ２４、自由滑動ブロック２ ５、及びアクチュエータ桿からなるものであって、アクチュエータ桿を操作する と流れ妨害用部材３５のフラップを全開するといった機能を有するものである。

第６図には第５図に示した実施例の断面とは別の断面、すなわち、第５図におい て６−６と表示したところの面での断面が示されている。アクチュエータ桿３４ に固定したワイヤ３６を引っばるか押すかすると、シャッター板３３が大きめの 穴３１の中にある渦発生用の柱状体３０の側方まわりのすきまを開いたり閉じた りする。

第５図及び６図に示したものであって渦発生原理に基づいて作動する質量・体積 流量針は、そのシャッター板３３を完全に閉じた状態にまで引っばっておくとい う操作モードにおいては、質量流量及び体積流量を測定するについて第１図、２ 図及び３図に関連して述べたのと同じ原理に基づいて作動する。この質量・体積 流量計はそれとは別の操作モードで流速を測定することもできる。シャッター板 ３３が開いた状態にあって柱状体３０のまわりにすきまが生じ、しかも流れ妨害 用部材がアクチュエータによって強制的に完全に開いた状態にあるときには、流 速は２つの流路で等しく、また柱状体３０により発生する渦はこの両波路におい て同調しその周波数は等しい。その結果として、流速は２つの渦センサー２８． ２９によって検出した渦発生の瞬間と瞬間との間の時間間隔を基に決定すること ができる。このような流速測定方法は、流速と渦発生周波数とが非直線的関係に あるような低流速領域において、流速を渦発生周期から決定するときの精度を補 足したりチェックしたりするのに有効である。

第７図には渦発生原理をとり入れた質量・体積流量計についての実施例の断面図 が示されている。この実施例は第１図及び２図に示した実施例と構造及び作動原 理が本質的に同じではあるが、但し渦センサー３７．３８のもつ平坦部材の配列 は例外である。２つの渦センサー３７．３８それぞれの平坦部材３９はトランス ジューサ容器４１の底壁面に組み込んだ補強用リブ４０から片持梁状に延びてい る。流れ妨害用フラップ４２は揚力発生断面をもっている。すなわちその断面は 分割板４３から連続して後方に滑らかに長く延びた形状を呈している。そして、 流れ妨害用フラップ４２が完全に閉じても揚力は発生し得るようになっている。

このタイプのフラップは第１図から５図まで示した流れ妨害用フラップのかわり に用いることもできる。

第８図には一対の渦発生器兼センサーを用いた質量・体積流量計についての実施 例の断面が示されている。流量針本体の内腔は分割板４６によって２つの流路４ ４．４５に分割されている。一対の渦発生用柱状体４７．４８はそれぞれ２つの トランスジューサ容器４９．５０の底壁面の補強用リブから延びている。これら は２つの流路４４，４５の一断面を横切る方向にそれぞれ位置している。

これら柱状体はまた渦センサーとしての機能をも有する。流れ妨害用フラップ５ １は案内用エツジ５２を備えていて、このフラップ５１が完全に閉じて流路４Ｓ を完全に塞いだとき、流路４４の流れを部分的に訪客する。

第９図には第８図に示した実施例の断面とは別の断面、すなわち、第８図で９− ９と表示したところの断面が示されている。

柱状体４７．４８はトランスジューサ容器４９．５０の底壁面のところに配設さ れた補強用ウェブ５３．５４からそれぞれ延びている。柱状体とトランスジュー サ容器との組み合わせはその補強用ウェブのところで断面積が縮小していること によって応力集中を起こさせるようにしている。すなわち、柱状体に横方向の流 体動圧がかかるとトランスジューサ容器の中の圧電素子には応力が増幅されて加 えられることになる。第８図及び９図に示した質量・体積流量計は第１図、２図 及び３図に関して説明したと同じ原理で作動する。

第１０図には流量計本体に一対の渦発生兼センサー５５．５６を備えてそれぞれ が２つの流路５７．５８におけるそれぞれの流速を測定するといった質量・体積 流量計についての実施例の断面が示されている。この一対の渦センサーの各々は １木の柱状体５９を有している。その柱状体５９はその一端が流量計本体に固定 されていて流路を横切って延びている。また、この柱状体５９はそこから後方に 張り出した平坦なエツジ延長部６０をもつ。そしてこのエツジ延長部６０はＵ型 断面をもった圧力遮蔽用部材６１に形成された溝に係合する。なお、この圧力遮 蔽用部材６１はその上下端が流量針本体に固定されている。柱状体５９から後方 に張り出した上記平坦なエツジ延長部６０はスリット６２によって柱状体と部分 的に分離されている。そしてこのエツジ延長部６０の偏向端はトランスジューサ 容器６４から延びた受圧部材６３に固着されている。この実施例においては、流 れ妨害用部材６５は分割板６７にほぼ平行に配設された翼部分６６をもつ。この 翼部分６６は回転円板６８に取り付けられている。そしてこの翼部分６６は、回 転円板６８の回転軸６９をめぐる流れ方向軌道に関して一定の迎角を維持する。

翼部分６６に対して一定の迎角を維持させる機構としては、この翼部分６６にに 流体動トルクをかけてそのピッチング軸のまわりの質量バランスをとるというこ とをしてもよい、或いは、翼部分６６が回転軸６９を中心に軌道運動するのは許 す一方、そのピッチング運動は妨げるといった機械的回転運動カップリングを用 いたものでもよい。このような特別な流れ妨害用部材６５の構造による効果とし ては、この翼部分にかかる流体動圧は主に流体の運動エネルギーの関数として通 常のとうり変動するところの揚力である、ということがあげられる。

第１１図には第１０図に示した実施例の断面図とは別の断面、すなわち第１０図 で１１−１１と表示したところの断面が示されている。

柱状体５９はそこから後方に張り出した平坦なエツジ延長部６ｏをもつ。このエ ツジ延長部６０は平坦な圧力遮蔽用部材６１に形成された溝の中に、両者間にす きまを保った状態で係合している。

柱状体５９と上記エツジ延長部６０との組み合わせ体の左右側面は、柱状体５９ の左右両側から渦が左右交互に住起して渦動かっくられることに伴なう、変動す る流体圧にそれぞれさらされる。

第１２図には、いくつかの例外を残して、第１０図及び１１図に示す実施例に似 た構造をもつ質量・体積流量計についての実施例の断面が示されている。その例 外の第１は、柱状体７０とそこから後方に張り出した平坦なエツジ延長部７１と の組み合わせ体は、そのエツジ延長部７１の偏向端を流量計本体に固着すること によって、流量計本体に固定されており、且つ、柱状体の一端はトランスジュー サ容器７３の受圧部材７２に連結されている、ということである。そして第２に 、流れ妨害用部材は一定の迎角を維持する翼部分７４から成る。この翼部分７４ は、分割板７５の後方縁の近くで且つそれと平行な軌道軸をめぐる。軌道運動を するように、取り付けられている。

第１３図には、２つの流路７８及び７９の双方を横切って延びる長いエツジ延長 部７７を後方に張り出した柱状体７６を備えた質量・体積ｆＬ量置針断面が示さ れている。柱状体とこれから後方に張り出した平坦なエツジ延長部との組み合わ せ体の上半分及び下半分の各部分にはそれぞれ空洞が形成されていてそこに渦検 知用の平坦部材を収納している。そこでは平坦部材はその一端がトランスジュー サ容器８０の受圧部材７９に固定され、他端は柱状体のところに固定されている 。この実施例で用いている流れ妨害用部材８１は、分割板８２の後方縁に近くで 且つそれに平行な軌道軸を中心とする軌道運動関係にあるよう取り付けられた１ 個のポールから成る。この流れ妨害用部材８１にかかる流体動圧は主に抗力であ る。渦検出用の平坦部材７８を収容した平坦な空洞は、２つの小孔をもっていて それぞれは柱状体とそこから後方に延びたエツジ延長部との組み合わせ体の左右 側面に通じている。

第１４図には第１３回に示した実施例に含まれた柱状体とそこから後方に張り出 したエツジ延長部との組み合わせ体の断面が示されている。その断面は第１３図 に１４−１４と表示したところの面でのものであって、２つの小孔がそれぞれ柱 状体７６とそこから後方に張り出した平坦なエツジ延長部７７との組み合わせ体 の側壁に開口しているのが明瞭に示されている。第１０図、１２図及び１３図に 示した質量・体積流量計は第１図、２図及び３図に関連しで述べたのと同じ原理 で作動する。

第１５図には渦発生用の柱状体８３と渦検出用の平坦部材がそれぞれ分割板８８ によって２つの流路８６．８７に分割された内腔８５の２つの異なる断面を横切 って配設されているのが示されている。

この柱状体８３は分割板８８を貫通しているが両者間にすきまは全く生じないよ うにしである。そしてこの柱状体８３は流量計本体に固定されている。渦検出用 の平坦部材８４は分割板８８に設けた穴を貫通しているが、この両者間には一定 のすきまがある。そしてこの渦検出用平坦部材８４はその少なくとも一端８９は 流量計本体に固着されまたその他端９２のところはトランスジューサ容器９１の 受圧部材９０に連結されている。渦の運動によって左右交互の横方向流体動圧が 引き起こされそれに基づいて渦検出用平坦部材８４が横方向に偏向するが、その 偏向をさらに強めるために、この渦検出用平坦部材８４の上流側半分はトランス ジューサ容器の受圧部材９０に連結して下流側半分とはスリット９３によって部 分的に分離することにより、この下流側半分は上下端とも流量計本体に固着して しまうという構成をとってもよい。流れ妨害用部材９４はこの図に示されたよう なフラップであってもよいし、また例えば第１０図、１２図または１３図に示さ れた実施例で用いられているような形状のものでもよい。平坦部材８４とトラン スジューサ容器９１とを備えた渦センサーは２つの流路８６．８７においてそれ ぞれ生起する２つの渦発生周波数を同時に検出する。トランスジューサに接続し た信号処理回路はこの２つの渦発生周波数を決定する。この渦発生周波数から質 量流量及び体積流量が第１図、２図及び３図に関連して述べたのと同じ原理ムこ 基づいて決定される。

第１６図には渦発生器兼センサーである１つの柱状体９５が分割板９７にあけた 穴９６の所を貫通して置かれているタイプの質量・体積流量計についての実施例 の断面が示されている。この柱状体９５は両方の通路９８．９９にわたって配置 されている。穴９６と柱状体９５との間には少量のすきまがあって、このためこ こでの流体の漏洩を無視できる程度にまで抑えつつも柱状体は若干量だけ横方向 に偏向することができるようになっている。柱状体９５の一端は流量計本体に固 着しており、また他端はトランスジューサ容器１０１の受圧部材１００に連結し ている。流れ妨害用部材１０２はフラップから成るものでもよいし、また第１０ 図、１２図及び１３図で示した実施例で用いられているような別の構造のもので もよい。柱状体の横方向偏向をその共振周波数を増加させることなく増大させる ために、流量計本体に固着される方の柱状体端部に薄い断面部分１０３をもたせ 、また、その柱状体を中空構造としてもよい。第１６図に示す質量・体積流量計 は第１５図に示したのと同じ原理に基づいて作動する。

第１７図には一対のタービン型流速センサー１０４．１０５を２つの流路１０６ ，１０７にそれぞれ配置してなる質量・体積流量計についての実施例の断面が示 されている。この２つのタービンの回転速度をそれぞれ検出する一対のトランス ジューサは２つの流路１０６．１０７における流速に比例する信号を発生する。

流れ妨害用部材１１０はこれまでいろいろ述べてきた構造のうちのいずれのもの であってもよい。第１７図に示す質量・体積流量計は等式（１）及び（６）に関 連して述べたのと同じ原理に基づいて体積流量と質量流量とを決定する。すなわ ち、この場合のｆは渦発生周波数の替りに流速に比例するタービン回転速度を表 す。

第１８図には一対の熱流量センサー１１１．１１２を２つの流路１１３゜１１４ にそれぞれ配置してなる質量・体積流量計についての実施例の断面が示されてい る。流れ妨害用部材１１５は２つの流路のうちの少なくとも一方についてその流 れを訪客するものであって、その訪客の程度は流量計を通る流速が大きくなれば なるほど徐々に小さくなるようになっている。

第１９図には第１８図に示した実施例が有する熱流量センサーの側面図、すなわ ち、第１８図で１９−１９と表示したところの側面図が示されている。熱流量セ ンサーＩＬＬ　１１２の各々は２つの加熱された温度プローブ１１６，１１７と ２つの周囲温度プローブ１１８．１１９からなる。これら温度プローブの組み合 わせについては、温度プローブ１１６及び１１９の一対が第１の細長状支持部材 １２０に、温度プローブ１１７及び１１８の別の対が第２の細長状支持部材１２ １にそれぞれ支持される。これらの細長状支持部材は円柱状の基体１２２に固定 されている。一方、この円柱状基体１２２は流量計本体に固着されて流路の中に 延びている。

質量流量は第１の対の温度プローブ１１６及び１１９と第２の対の温度プローブ １１７及び１１８との温度差から決定される。流量計を通る質量流量は以下の式 が与えられる。

ここでＳは流路の総断面積で、ρＵ１とρＵ２はそれぞれ熱流量センサー１１１ 及び１１２によって測定したものである。

等式（４）及び（５）を組み合わせると、体積流量！をめるための次の式を得る ことができる。

流量計をキャリプレートすることにより関数関係Ｈ，及びＨ２が実験的に決定さ れると、流量計を通る質量流量は（８）弐に２つ熱流量センサーによってそれぞ れ測定した質量流束密度ρＵ。

及びρＵ２を代入することによりその（８）式から計算される。要約すると、一 対の質量流束密度測定用センサーを用いる本発明の質量・体積流量計は、質量流 量については２つの質量流量測定用センサーからの出力の加法的組み合わせから 決定し、また体積流量については等式（８）によって与えられた関数関係を実験 的に決定することにより決定する。流体の密度は出力流量と体積流量との比とし て容易に決定される。

第２０図には３個の温度プローブを備えた別の実施例の熱流量センサーについて の側面図が示されている。この熱流量センサーは第１８図に示した質量・体積流 量計を組み立てるのに際して、第１９図に示した実施例の熱流量センサーの代替 物として用いることができる。この実施例にかかる熱：＆量センサーは加熱した 温度プローブ１２３を真中にしてその左右に周囲温度プローブ１２４゜１２５を 並設したものであって、これら温度プローブの組み合わせは流路の中に延びる一 本の細長状支持部材１２６によって支持される。質量流束密度ρＵは２つの周囲 温度プローブ１２４と１２５との間の温度差から決定される。留意すべきことは 、第１９回及び２０図で示した熱流量センサーは本発明の質量・体積流量計の組 み立てに用いることのできる単なる例として図に示したにすぎない、ということ である。質量流量の測定についての現在の技術で用いられている２つまたは１つ の温度プローブから成る他のタイプの熱流量センサーを、図に示した実施例のも のに代えて用いてもよい。

第２１図には一対の電［流量センサー１２７．１２８をそれぞれ２つの流路１２ ９．１３０に配設してなる質量・体積流量計についての実施例の断面が示されて いる。導管１３１は分割板１３２によって２つの流路１２９，１３０に分割され ている。この導管１３１にはその中間部位に極性を互いに異にする一対の磁極１ ３３．１３４が配設されている。この磁極は分割板１３２に対してほぼ垂直で両 方の流路を突き抜ける磁界を形成する。流れ妨害用部材１３５は２つの流路のう ちの少なくとも一方についてその流れを訪客するが、その訪客の程度は流量計を 通る流量に応じて変わる。

第２２図には第２１図に示した実施例の断面と別の断面、すなわち第２１図で２ ２−２２と表示したところの断面が示されている。導電性流体が流路１２９及び １３０を通過すると２つの電磁プローブ１２７及び１２８の各々に含まれる一対 の電極を横切って起電力ｖ１及び■２がそれぞれ発生する。この起電力■１及び ■２は２つの流路における流速Ｕ、及びＵ２にそれぞれ比例する。体積流量及び 質量流量は等式（１）及び（６）によってそれぞれ決定される。

第２３図には一対の音響流量センサーを分割板１３６によって互いに分離した２ つの流路にそれぞれ配置してなる質量・体積流量計についての実施例の断面が示 されている。この図の断面は分割板１３６を含む平面に沿ったところのものであ る。２つの流路の各々は一対の超音波発信器１３７．１３８と一対の超音波検出 器１３９、１４０とを備えている。超音波発信器１３７と超音波検出器１３９と の絹み合わせでもって流れ方向に対して垂直な方向における音波伝播速度を測る 。一方、超音波発信器１３８と超音波検出器１４０との組み合わせでもって流れ 方向に対した斜めの方向における音波伝播速度を測る。これら２つの方向におけ る音波伝播速度の差異は流速に比例する。流速がこの音響流量センサーによって 与えられた情報から決定されると、体積流量及び質量流量は等式（１）及び（６ ）から決定される。２つの流路の各々の流速を測定する音響流量センサーは、超 音波発信器１３Ｂ及び超音波検出器１４０に代えて、そこに一対の超音波発信兼 検出器を設けたものであってもよい。発信兼検出器１３８から発信兼検出器１４ ０までの音波伝播速度と発信兼検出器１４０から発信兼検出器１３８までの音波 伝播速度との差異は当該流路における流速に比例する。

そのような構成を採ると、発信器１３７及び受信器１３９の必要性はなくなる。

更に別な態様として音響流量センサーは２つの送信器１３７及び１３８に代えて そこに１つの広角超音波発信器を設けたものであって一対の検出器１３９及び１ ４０と一緒に用いるものであってもよい。第２３図に示す実施例に関連して述べ た音響流量センサーに代えて、ドツプラー型の音響流量センサーを用いてもよい 。流れ妨害用部材１４１については前にいくつかの図で例示したもののうちいず れの形態のものであってもよい。

第２４図に２つの流路のそれぞれに形成した２つのオリフィス間の圧力降下を一 対の差圧ｉ！センサー１４２．１４３でもってそれぞれ測定するといった質量・ 体積流量計についての実施例の断面が示されている。２つの流路の各々における 圧力降下ΔＰは当該波路における流体の運動エネルギーに比例する。

ここでＧＩ及びＧ２は流量計をキャリプレートすることにより実験的に決定され るパラメータ係数である。差圧について流量計を通過する流体のマノメーク・カ ラムの相対高さΔｈでもって測るときは、等式（９）は以下の形に６き表すこと ができる。

ＵＩ　−Ｊ「σ１五可〒　及びＵ２＝ａゴ乙ｇａｈ、−・・・・・・・−・０■ ここで、ｇは地球の重量加速度である。差圧ケージによって得た測定値から等式 （９）を用いてめた流体の速度ＵＩ及びＵ２を等式（１）及び（６）に代入する ことによって、体積流量及び質量流量が与えられる。

本発明の質量・体積流量計が有する２つの流路のうち、その一方を塞ぐ流れ妨害 用部材については、流量計の動作において最良の反復可能性を与えるのに最も適 切と考えられるような他のいろいろな形態のものを使用することができる、とい うことは理解されるべきである。このような形態の選択は実験に基づいて行なわ れることになろう。質量・体積流量計が有する２つの流路については、流量計本 体を貫通する１つの内腔を一枚の分υＪ板によって２つの等断面積に分割するこ とにより形成したものとしてもよいし、また、独立した２つの通路から成るもの としてもよい。流速比Ｕ、／Ｕ２を等式（６）または（７）によって与えられる 体積流量または質量流量に関連させている関数関係は実験的にめた他の関数関係 ととりかえることができる０例えば、Ｕ　＋　／　Ｕ　２に代えて独立変数とし て（ｔＪ、／Ｕ２）または（Ｕ、−Ｕ、）／（Ｕ、＋Ｕｚ）を用いることができ る。

以上で、本発明の原理は図示実施例の説明で明瞭とはなったが、一方、本発明を 実施するうえで、この原理からはずれることなく、特別な作業状況及び運転状態 に特に連合した構造、配備、比率、エレメント及び材料において自明な多くの変 更が行なわれることになろう。本発明を図示実施例のものだけに限定する意図は ない。したがって、相応なすべての修正及び均等物は請求の範囲に記載したとお りの本発明の範囲内に入ることになる。

Ｆｉｇ、　ｌ　（ 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．流体の質量流量及び体積流量を測定する方法にして、下記（ａ）から（ｄ） までの構成を含む、前記の方法。 ａ）測定すべき流体の流れを２つに分割して２つの流路を通過する２つの流れと すること、 ｂ）前記２つの流路のうち少なくとも一方を少なくとも部分的に流れ防害用部材 によって遮断することでその防害用部材に流体の流れについての流体動圧を加え るようにし、前記流れ防害用部材は前記２つの流路のうちの少なくとも一方を通 過する流体の流れを防害する程度を増大する方向に作用する偏倚力を有し、そこ で、上記流れ防害用部材にかかる流体動圧が前記２つの流路のうちの少なくとも 一方を通過する流体の流れを防害する程度を減少させる方向にはたらくようにし 、 ｃ）２つの流路のうちの一方を通る流体の流れの速度を代表する第１の信号と２ つの流路のうちの他方を通る流体の流れの速度を代表する第２の信号とを得るこ と、ｄ）２つの流路を通る流体の質量流量を前記第１及び第２の信号の一関数と して決定し、さらに２つの流路を通る流体の体積流量を前記第１及び第２の信号 の別の関数として決定すること。
2. ２．請求項１に記載の方法にして、流体の密度は質量流量と体積流量との比とし て決定される、前記の方法。
3. ３．流体の流量を測定するための装置にして、ａ）第１及び第２の流路を有する 本体、ｂ）上記第１及び第２の流路のうちの少なくとも一方を少なくとも部分的 に遮断する流れ防害用部材にして、その流れ防害用部材は前記少なくとも一方の 流路を通る流体の流れを防害する程度を増大する方向に作用する偏倚力を有し、 そこで前記装置を通過する流体が前記法れ防害用部材に与える流体動圧は前記少 なくとも一方の流路を通る流体の流れを防害する程度を減少させる方向にはたら くようにした、前記流れ防害用部材、 ｃ）前記第１の流路を通る流体の速度を代表する第１の信号と第２の流路を通る 流体の速度を代表する第２の信号とを得るための手段、を含み、 そこで、前記装置を通過する液体の質量流量は前記第１及び第２の信号の一関数 として決定され、前記装置を通過する流体の体積流量は前記第１及び第２の信号 の別の関数として決定される、前記の装置。
4. ４．請求項３に記載の装置にして、流体の密度は質量液量と体積流量との比とし て決定される、前記の装置。
5. ５．流体の流量を測定する装置にして、ａ）第１及び第２の流路を有する本体、 ｂ）上記第１及び第２の流路のうちの少なくとも一方を少なくとも部分的に遮断 する流れ防害用部材にして、この流れ防害用部材は前記少なくとも一方の流路を 通る流体の流れを防害する程度を増大する方向に作用する偏倚力を有し、そこで 前記装置を通過する流体が前記流れ防害用部材に与える流体動圧は前記少なくと も一方の流路を通る流体の流れを防害する程度を減少させる方向にはたらくよう にした、前記流れ防害用部材、 ｃ）前記第１の流路を通る流体の体積流量を代表する第１の信号を得るための第 １の手段、及び前記第２の流路を通る流体の体積流量を代表する第２の信号を得 るための第２の手段、 とを含み、 そこで、前記装置を通過する流体の質量流量は前記第１及び第２の信号の一関数 として決定される、前記の装置。
6. ６．請求項５に記載の装置にして、前記装置を通過する流体の体積流量は前記第 １及び第２の信号の別の関数として決定される、前記の装置。
7. ７．請求項６に記載の装置にして、流体の密度は質量流量と体積流量との比とし て決定される、前記の装置。
8. ８．流体の流量を測定するための装置として、ａ）第１及び第２の流路を備えた 本体、ｂ）前記第１及び第２の流路のうちの少なくとも一方を少なくとも部分的 に閉塞する流れ防害用部材にして、前記流れ防害用部材は前記少なくとも一方の 流路を通る流体の流れを防害する程度を増大する方向に作用する偏倚力を有し、 そこで前記装置を通過する流体が前記流れ防害用部材に与える流体動圧は前記少 なくとも一方の流路を通る流体の流れを防害する程度を減少させる方向にはたら くようにした、前記流れ防害用部材、 ｃ）前記第１の流路を通る流体の質量流量を代表する第１の信号を求めるための 第１の手段、及び前記第２の流路を通る流体の質量流量を代表する第２の信号を 得るための第２の手段、 とを含み、 そこで、前記装置を通過する流体の体積流量は前記第１及び第２の信号の一関数 として決定される、前記の装置。
9. ９．請求項８に記載の装置にして、前記装置を通過する質量流量は前記第１及び 第２の信号の別の関数として決定される、前記の装置。
10. １０．請求項９に記載の装置にして、流体の密度は質量流量と体積流量との比と して決定される、前記の装置。