JPH0454888B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体の流量を測定するためのトラン
スデユーサに係り、更に詳細には渦発生式流量測
定トランスデユーサに係る。

流体の流れ内に配置された流量抵抗の大きい
（非流線形の）物体は、カールマン渦現象の原理
に基づいて該物体より渦を発生させることが従来
より知られている。かかる渦の発生は物体の外面
に沿つて流体の境界層が形成されることによるも
のであり、物体の流線形度合が不足していること
により境界層内の流れが物体の外形に倣つて流れ
ることが阻害され、これにより流体の流れは物体
より離れ、渦巻状に流れて一連の渦が発生する。
かかる渦は物体の両側より交互に周期的に発生さ
れ、その結果生じる流れのパターンはカールマン
渦として知られている渦の空間的に振動する軌跡
よりなつている。また上述の如き渦の発生はそれ
に応答し得る流れの大きさに関連していることが
従来より知られている。流体の流れ内に配置され
た物体が円柱体である場合には、渦は流体の流速
に比例し円柱体の直径に反比例した周波数にて発
生し、この場合の周波数は以下の如く表わされ
る。

Ｎ＝Ｓ（Ｖ／Ｄ） ここに Ｎは渦が円柱体の一方の側より発生する周波数
であり、Ｖは流体の自由流の流速であり、Ｄは円
柱体の直径であり、Ｓは広い範囲のレイノルズ数
に対し実質的に一定であるストルーハル数であ
る。

流通抵抗を与ええる物体より渦が発生される周
波数を測定することにより流体の流速を示す信号
を発生せんとする種々の流量測定トランスデユー
サが従来より提案されている。また渦の発周波
数、従つて流量を測定すべく間接的に渦を検出す
る種々の方法が従来より提案されている。これら
既に提案されている方法の中には、流体の流れ内
に配置された加熱されたワイヤの温度変化を検出
することにより、流体の流れ内に於ける超音波の
変調を測定することにより、圧電気式の圧力セン
サを用いて渦の発生に伴なう圧力パルスを検出す
ることにより、金属シヤトルの変位を磁気的に検
出することにより、可撓性薄膜の変位を電気容量
の変化として検出することにより、流体の流れ内
に配置された尾状片に作用する力を歪みゲージに
て検出することにより、渦を検出するものがあ
る。渦を検出する上述の如き方法は種々の理由か
らごく限られた場合にしかうまく行かない。例え
ば電磁気的干渉を感知するセンサが用いられた流
量計は、周囲の電気的ノイズのレベルが高い航空
機内の如き環境や工業的環境に於ては使用不可で
あることが多い。

上述の如き流量計及び他の従来の渦発生式流量
計の欠点の幾つかを解決すべく、流れ内に存在す
る渦を光学的に検出する流量計が提案されてい
る。かかる光学的渦発生式流量計は例えば流れ内
を通過する光線が渦によつて変調されることを検
出することにより、渦が存在することによる流体
の屈折率を変調を検出することにより、または渦
の作用によつて振動する物体により光線が変調さ
れることを検出することにより渦の存在を検出せ
んとするものである。このうち渦の作用により振
動する物体により光が変調されることを検出する
流量測定トランスデユーサの例として、流体の流
れを導く導管装置の流体通路を横切つてブリツジ
状に延在する光フアイバ装置を配置し、この光フ
アイバを通つてその一端から発信された光が他端
にて受信される途中で、流体流の大きさに応じて
ブリツジ状の光フアイバ装置が撓んだり、カール
マン渦の発生に基く振動によつて撓み変形するこ
とに応じて、変調されることを検出することによ
つて、流速を測定する装置が、特開昭57−78503
号公報及び特開昭49−34343号公報に記載されて
いる。

本発明は、上記の如くカールマン渦の周波数か
ら流体の流速を知ることができるという原理を利
用し、カールマン渦の周波数を光フアイバを用い
て光学的に測定し、その際光フアイバの撓みによ
る光の変調を測定対象とすることに於ける測定精
度上の問題に鑑み、カールマン渦の周波数を光フ
アイバによつてより直接的に、即ちカールマン渦
の周波数そのものを直接デイジタル的に計測する
ことを光フアイバを用いた光学装置によつて行う
ことにより、測定精度の向上を計ると同時に測定
装置の簡略化を達成することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、流体の流れを
導く流体通路を有する導管装置に用いれる流量測
定トランスデユーサにして、 前記導管装置の第一の壁部に片持ち梁式に装着
され前記流体通路を実質的に横切つて延在する第
一の光フアイバと、 前記第一の光フアイバの自由な内端にこれより
隔置されて向い合つた内端を有るよう前記導管装
置の前記第一の壁部に向い合つた第二の壁部に装
着される第二の光フアイバと、 前記第一と第二の光フアイバを通つて光を送受
信する光源装置と光検出装置の組合せとを有し、 前記第一及び第二の光フアイバの前記の互いに
向い合つた内端はそれぞれスリツトを有する光不
透過性の被覆にて覆われており、これら両スリツ
トは前記第一の光フイバを横切つて前記流体通路
内を流れる流体流中に発生するカールマン渦によ
り前記第一光フアイバが振動する間に前記両内端
が丁度向い合つたときのみ互いに整合するよう構
成されていることを特徴とする流量測定トランス
デユーサによつて達成される。

上記の構成によれば、前記第一の光フアイバ
は、流量測定装置の流体力学的観点からは、カー
ルマン渦を発生させる流体流内の障害物として作
動すると同時にその周波数を感知する振動検出触
子として作用し、又光学装置としての観点から
は、機械的振動を光の断続信号に変換する機械−
光学変換手段として作動し、かくして前記第一の
光フアイバは、一つの簡単な部材であるにも拘ら
ず、三重の機能を発揮し、流量測定装置の簡略化
に大きく寄与する。

更に又、光フアイバの撓みによる光伝送上の変
調比較して、振動数に直接デイジタル的に対応す
る光の断続信号に変換することにより、カールマ
ン渦の周波数そのものの測定過程には全く誤差が
生じないので、流量測定の精度はそれだけ向上す
る。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

添付の各図に於て、本発明による流量測定トラ
ンスデユーサが符号１０にて全体的に示されてい
る。流量測定トランスデユーサ１０は該トランス
デユーサにより流速を測定されるべき流体が貫流
する導管１５を含んでいる。流体は導管１５内を
第１図のの矢印の方向へ流れる。導管１５の断面
はその内部を流れる流体の流速分布が一様になる
よう設定されている。導管１５は流通抵抗を与え
るコンダクタ（トランスミツタ）２０を片持ち支
持しており、該コンダクタはそれを越えて流体が
流れることによりカールマン渦が発生することに
応答して振動する。コンダクタ２０は光源２２に
接続されるよう構成されており、連続的な光信号
がコンダクタに沿つて光源２２より伝達されるよ
うになつている。好ましい実施例に於ては、コン
ダクタは公知の任意の好適な材料よりなる光フア
イバを含んでいる。コンダクタ２０はその側面に
アルミニウム又はクロムの如き材料不透明な被覆
２５が施されている。不透明な被覆２５はコンダ
クタ２０の側面よりその自由端の一部まで連続し
ており、コンダクタの自由端より光信号が発出し
得るよう自由端にはスリツト孔（窓）３０が設け
られている。スリツト孔３０は、コンダクタ２０
より発射された光信号を受ける後述のレシーバ装
置により渦の発生が検出されるのに必要とされる
コンダクタの敷居値振幅を効果的に低減する。

コンダクタ２０より発射された光信を受けるレ
シーバ装置３５が、静止状態にあるコンダクタと
整合した状態にて導管１５内に配置されており、
コンダクタが制限を受けずに振動し得るようコン
ダクタより僅かに隔置されている。好ましい実施
例に於ては、レシーバ装置３５はコンダクタ２０
と同様前述の公知の材料のいずれかよりなる光フ
アイバを含んでおり、その側面には上述のアルミ
ニウム若しくはクロム被覆又は他の任意の適当な
不透明な材料の如き不透明な被覆４０が施されて
いる。被覆４０は被覆２５と同様レシーバ装置３
５の自由端の一部にまで延在しており、自由端に
はコンダクタ２０に設けられたスリツト孔３０と
実質的に同一の寸法及び形状であり且スリツト孔
３０と整合したスリツト孔が設けられている。レ
シーバ装置３５は適当な測定回路４５に接続され
ており、該測定回路はレシーバ装置３５より受け
た光パルスをカウントして測定された周波数の読
みを与えるようになつている。測定回路４５の詳
細は当技術分野に於てよく知られており、従つて
本明細書に於てはそれについての詳細な説明は省
略する。例えば測定回路４５は種々の公知のパル
ス繰返し周波数メータのいずれかを含んでいてよ
く、また前述の特性の間の関係に従つてパルス状
の光信号を直接流体の流速の読みに変換するため
の回路を含んでいてよい。

作動に於ては、コンダクタ２５の表面を越えて
導管１５内を流れる流体の流れにより前述の如き
要領にて渦が形成されコンダクタより離脱せしめ
られる。渦がコンダクタの一方の側に形成される
と、それにより生じる圧力の不均衡によりコンダ
クタに作用する横方向の力が発生され、これによ
りコンダクタが第３図で見て上下方向に撓み変形
せしめれる。前述の如く渦は流通抵抗を与える物
体の両側に於て交互に発生し、その結果生じる圧
力の不均衡により第２図に於て仮想線にて示され
ている如く、コンダククタ２０が上下方向に交互
に振動せしめられる。

コンダクタ２０の自由端より発射された光源２
２よりの連続的な光線は、コンダクタ２０が振動
変形することにより、レシーバ装置３５の端部に
間歇的に衝突し、レシーバ装置は測定回路４５へ
変調された光信号を与え、測定回路４５により変
調された光信号の周波数、従つて流体の流速が計
算される。

以上の説明により、流量計の内部へ光信号を伝
達し渦の発生に応答して光信号を変調させる片持
ち支持されたコンダクタ２０を設けることによ
り、流量計に必要とされる部品点数が低減される
ことが理解されよう。かくして部品点数が低減さ
れることにより、流量計の単純性、信頼性、製造
性、及び経済性が向上される。コンダクタ及びレ
シーバ装置の自由端に設けられたスリツト孔によ
りコンダクタによる渦の発生に小振動にて応答し
て、流速を示す検出可能な変調された光信号を発
生させることができる。

以上に於ては本発明を一つの好ましい実施例に
いて説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の修
正が可能であることは当業者にとつて明らかであ
ろう。例えば特定の材料を列挙したが、これらと
等価な他の材料が使用されてもよい。また流体の
流れが停滞しまたは流速が小さい条件下に於ては
レシーバ装置とコンダクタとが互に整合する実施
例について説明したが、流体の流れがコンダクタ
に衝突することによりコンダクタが通常の湾曲を
行い得るよう、レシーバ装置はコンダクタより僅
かに下流側に配置されてもよい。更に、断面が円
形である導管及び光フアイバについて説明した
が、他の種々の形状のものが採用されてよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流量測定トランスデユー
サの部分断面図である。第２図はトランスデユー
サの詳細を示すべくその一部を破断して示す第１
図の線２−２に沿う流量測定トランスデユーサの
断面図である。第３図は本発明による流量測定ト
ランスデユーサに組込まれるコンダクタの第２図
の線３−３に沿う端面図である。 １０……流量測定トランスデユーサ、１５……
導管、２０……コンダクタ、２２……光源、２５
……不透明な被覆、３０……スリツト孔、３５…
…レシーバ装置、４０……不透明な被覆、４５…
…測定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体の流れを導く流体通路を有する導管装置
   に用いられる流量測定トランスデユーサにして、 前記導管装置の第一の壁部に片持ち梁式に装着
   され前記流体通路を実質的に横切つて延在する第
   一の光フアイバと、 前記第一の光フアイバの自由な内端にこれより
   隔置されて向い合つた内端を有するよう前記導管
   装置の前記第一の壁部に向い合つた第二の壁部に
   装着される第二の光フアイバと、 前記第一と第二の光フアイバを通つて光を送受
   信する光源装置と光検出装置の組合せとを有し、 前記第一及び第二の光フアイバの前記の互いに
   向い合つた内端はそれぞれスリツトを有する光不
   透過性の被覆にて覆われており、これら両スリツ
   トは前記第一の光フアイバを横切つて前記流体通
   路内を流れる流体流中に発生するカールマン渦に
   より前記第一光フアイバが振動する間に前記両内
   端が丁度向い合つたときのみ互いに整合するよう
   構成されていることを特徴とする流量測定トラン
   スデユーサ。