JPH0639293Y2 - 流体の流量測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は流体の流量測定装置に係
る。詳しくは、管内の液体又はガス体の流れの速度の測
定に使用する渦分離タイプの測定装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】非流線形の障害物を通り越して流れる流
体中に渦が発生発展することは長年にわたり知られてい
る。又、特種な構成を用いた場合、障害物の対向縁より
一定間隔をおいて交互に分離され同じ渦の列を形成する
ことにより渦が発生展開されることも知られている。こ
のような渦はいわゆるカルマンの「渦の列」を形成する
ものであり、これは流れと一緒に走行する等間隔渦の２
つの殆ど平行状の列よりなる安定せる渦形態である。カ
ルマンの渦列においては、１つの列の渦は他の列の渦に
対して相次ぐ渦の間隔のほぼ半分だけ食い違っている。
各列における連続する渦のへだたりは一定の流量範囲に
わたり殆ど一定であり、従って渦形成の頻度は流体の速
さに比例する。そこで、渦分離の頻度の検出により流体
の流量を測定することが可能である。

【０００３】 この目的のための装置はしばしば渦計器と称せられる。 各種型式の渦計器が数年市販されている。かかる計器は
基本的に渦圧力変動を検出するためのセンサーと一緒に
渦分離ボディを流路管内に取付けて設けている。一般
に、この渦分離ボディには流れてくる流体に面と向った
鈍状表面がある。きわめて優れた作動をするセンサーの
場合、ピエゾ電気水晶が使用され渦圧変動検出し対応す
る電気パルスを発生する。このような水晶は可撓性の金
属製ダイヤフラムを介して圧力変動を受けるシールを施
せる油充満空所内に取付けられることが望ましい。この
種の特に好適な装置は米国特許第４，０８５，６１４号
（キュラン、Ｃｕｒｒａｎその他）に示されている。

【０００４】上記キュランその他の特許の第６図に示す
圧電気センサーは流路管の全直径を横切り垂直に普通延
びる鈍状ボディの渦分離面のすぐ後に位置している。こ
の形態はほぼ商業的に成功せるものと判明しているが、
これは主として直径５．０８cm（２″）以上の流路管を
もつ比較的大型の計器に適している。小径の計器即ち直
径３．８１cm（１．５″）以下の管をもついわゆる流路
サイズの計器に対しては、流路管の外側にセンサーを取
付けるのが望ましい。流路管の外側に少なくとも渦セン
サーの部分を取付けることがかって提案された。例え
ば、上記キュランその他の特許の第１３図において圧電
水晶部材は流路管の外側に位置し、渦分離ボディの内部
のダイヤフラムシールのチャンバーにそれぞれ接続した
毛細管サイズの導管を通じて圧力パルスを受けとる。し
かしながら、このような構成の場合、毛細管導管により
圧力パルス信号が減衰され高水準の性能発揮が妨げられ
るので完全には満足すべきものではなかった。

【０００５】米国特許第３，７２２，２７３号には流路
管の外側におかれたセンサー要素を有する渦計器のもう
一つの例が示されている。渦分離ボディの内部に形成し
たチャンバーの両側に接続した小導管を通じ熱的「熱
線」センサー部材が流体圧信号を受ける。この一般タイ
プのその他のセンサー形態は米国特許第３，７７７，５
６３号の第１６図より第１８図に示されている。しかし
ながら、上記２点の特許に記載せるセンサー構成は、本
考案によりとり上げられる問題に対する解決法としては
受け入れられない重大な実用面の欠点をともなってい
る。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】以下詳述する本考案の
一つの好適実施例において、全体にＴ字型横断面の細長
いバーの形態をした渦分離部材を有する小直径の流路管
を含む流路サイズの渦計器が提供されている。渦分離バ
ーは端部を流路管の壁に一体に形成した状態で液体の流
れの方向に直角に取付けられている。渦分離具の鈍状面
（即ち「Ｔ」のトツプ）は上流に面し、後部弓状部は下
流側に延びている。渦分離バーの一端近くの流路管の壁
は孔が明けられ、バーの後部弓状部の対向側を中心とし
て対称状におかれた２つの大面積のインパルスポートを
形成している。これらポートは断面がほぼ半円形であ
り、流路管の壁と一体の外部センサーハウジング内に位
置する同じ断面形状の対応する圧力チャンバーの端部を
画成する。

【０００７】バーの縁部から分離した渦は流路管壁のイ
ンパルスポート近くで強力な圧力パルスを展開する。こ
れらのパルスはインパルスポートを通り目立った減衰を
ともなうことなくそれぞれの圧力チャンバーに導かれ
る。この２つの圧力チャンバー間に一対のたわみダイヤ
フラムのそれぞれをチャンバーの１つにさらけ出した取
付けたセンサーボディが設けられている。これらのダイ
ヤフラムはこれに加わる差圧信号に応答して電気信号を
発信するよう構成された圧電クリスタルを保持するシー
ル封印の油充満カプセルの一部を形成している。圧電ク
リスタルは圧力チャンバー内の渦誘導による圧力変動に
応答し流路管内の渦の分離に相当する適宜強力な電気パ
ルスを発展し広範囲にわたる流量及び条件において正確
な流量測定信号を作り出すことができる。

【０００８】上記構成の更に利点とする所は、外部セン
サーボディを点検保守や交換のためこれを流量計より容
易に取外しができる点にある。計器バイパスループの利
用によりかかる取外し作業は現場において行うことがで
きる。ダイヤフラムは計量流体の流れから効果的に隔離
され、従って流体中の粒子よりの侵食作用を受けない。
流量計は液体やガス体又は蒸気の測定に使用できる。 従って、本考案の目的は小寸法の改良せる流体の流量測
定装置の提供にある。本考案のもう一つの目的はさまざ
まな条件の下で正確な測定ができしかも適度のコストで
これを製作できるような流量測定装置を得ることにあ
る。更に他の諸目的、特徴ならびに利点については添付
図面参照による好適実施例の下記詳細説明により一部示
され又一部明白にされる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本考案に係る流体
の流量測定装置は、流体流量に対応した比率で渦を発生
させる渦分離部材を有する流路管を設けた流体の流量測
定装置において、前記流路管と一体に形成されかつ一対
の圧力チャンバーを形成した外部センサーハウジング
と、前記圧力チャンバー内の差圧変動に応答する前記ハ
ウジング内のダイヤフラム装置と、前記ダイヤフラム装
置を介して伝達された圧力変動に応答して対応した流体
流量測定信号を発生させるセンサー部材とを備え、前記
渦分離部材に隣接して穴を設けた前記流路管の壁部に、
並んだ大面積の一対のインパルスポートを形成し、これ
らインパルスポートで前記渦によって発生させられる差
圧変動を受容してそれぞれが前記圧力チャンバーと直接
連通することにより前記渦の圧力エネルギーを前記圧力
チャンバー内に過剰な減衰をさせることなく伝達するこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】従って、本考案に係る流量測定装置は、大面積
の一対のインパルスポートを介して圧力チャンバー内の
渦誘導による圧力変動に応答し流路管内の渦の分離に相
当する強力なパルスを発展し広範囲にわたる流量及び条
件において正確な流量測定信号を作り出し、さまざまな
条件の下で正確な測定ができ、しかも適度のコストで製
作できる。

【００１１】

【実施例】図１に本考案による流量計を斜視図示してい
る。図２及び図３も参照すると、流量計は基本的には直
径２．５４cm（１″）の小径流路管１０を有し、この管
は垂直状の渦分離部材１２及び外部センサーハウジング
１４と一体に形成されている。渦分離部材は図５の点線
に示す如くほぼＴ字型横断面をもつ細長いバー状部材で
ある。この「Ｔ」のトップは接近する流体に面する表面
１６を形成し、バーの残余は下流側に延びる後部弓状部
１８よりなっている。（この一般タイプの渦分離ボディ
の詳細特徴は１９７８年４月２５日キュランその他に付
与された米国特許第４，０８５，６１４号に記載されて
いる）流路管１０にはその両端に装着フランジ２０，２
２が保持されている。以下詳述するもこれらのフランジ
はボルト２４及びガスケット２６によりモニターすべき
流体の流れ装置系の一部を形成する対応フランジ２８，
３０に取付けられるようになっている。

【００１２】次に、図３において、流路管１０のトップ
壁は渦分離バー１２の上端近くの２個所３２，３４で孔
明けされており、２つの大面積のインパルスポートを形
成している。又、図６において、これらの孔は横断面よ
り見て円の等面積弓状部ほぼ半円形をしている。この弓
状部の弦部３６，３８の上流部分は後部弓状部１８（図
６の面上に突起して）のそれぞれの側面にそい対称状に
かつこれと平行におかれ、残りの弦部分は後部弓状部の
端部を超えて更に下流側に僅かな距離延びている。好適
実施例における弓状弦部は長さが約１．５８cm（ 5／8
″）でそれぞれの弓状部の高さは約０．１８cm（ 3／1
6″）である。

【００１３】再び図３において、インパルスポート３
２，３４は対応する対になった圧力チャンバー４０，４
２の下端を画成しチャンバーは流路管１０より上方にか
なりの距離にわたりに延びセンサーハウジング内に形成
されている。これらの圧力チャンバーは上端をシールさ
れている。図５に示すように、これらの圧力チャンバー
の横断面形状ならびに寸法はインパルスポートの形状及
び寸法と同じで、本例の場合円のほぼ半円形の弓状部で
ある。

【００１４】圧力チャンバー４０，４２の間にセンサー
ボディ４４（図４も参照のこと）が取付けられている。
このボディは形状がほぼ矩形であり、圧力チャンバー４
０，４２にそれぞれ面した可撓性の金属製ダイヤフラム
４６，４８が取付けられている。これらのダイヤフラム
は油充満のシールを施した空所を形成するカプセルの側
壁を形成している。この空所内に圧電クリスタル（図示
省略）が取付けられダイヤフラムに加わる差圧信号に応
答して電気信号を発生する。

【００１５】垂直状のバー形部材１２を通過する流体の
流れにより周知の如く、流体の流れと共に走行する２つ
のほぼ平行な列をなす均等間隔なるも食い違いの組の渦
の分離が行われる。これらの渦はインパルスポート３
２，３４近くで強力な圧力パルスを展開することが判明
している。このような圧力パルスはポートを通過し圧力
チャンバー４０，４２により画成された行きづまり領域
に直接導かれ、そこで差圧パルスとして交互に可撓性ダ
イヤフラム４６，４８に加えられる。

【００１６】これらの差圧パルスはセンサーボディ４４
にある圧電クリスタルに加えられ、このクリスタルは対
応する電気信号を発信する。この電気信号は、上述のキ
ュランその他の特許に記載の如くクリスタルの側壁上の
普通の電極によりピックアップされセンサーの外部の同
軸ケーブル５０に導かれる。このケーブルは、産業プロ
セス計装装置系に使用できるようになった測定信号を周
知の如く発生するよう働く適宜エレクトロニック信号調
整回路（図示省略）に通じている。

【００１７】圧電クリスタルにより得られる信号は、比
較的に述べると又特に組込まれたさまざまな流量計部材
の小寸法から考えて全く強烈である。かかる強烈な信号
は、ダイヤフラム４６，４８において強力な圧力パルス
が発展するという事実に帰因する。これは大きい横断面
積をもつインパルスポート３２，３４の設置ならびに圧
力チャンバー４０，４２のための同じ横断面積の使用に
一部帰因している。更に、インパルスポートとダイヤフ
ラム４６，４８との間にきわめて短い距離を形成する設
計特徴により改良が行われる。好適実施例において、イ
ンパルスポートとセンサーボディ４４の底部との間のへ
だたりはできる限り小さく、例えば流路管壁片５２の厚
みは僅か０．２５cm（０．１″）程又はそれ以上であ
る。

【００１８】再び図５を参照すると、センサーハウジン
グ１４は鋳造時に全体として５３で示す凹所が形成され
ている。前記凹所５３は横断面がほぼ円形であるが、セ
ンサーボディ４４が嵌合される長方形区画部が同時に形
成されている。このセンサーボディ４４は必要部材付ユ
ニットで、差圧パルスを検知しかつそれに対応した電気
信号パルスを発生させるために必要なすべての部材を含
む。本流量計構造の重要な利点は保守および修理作業の
ために、センサーボディ４４が容易に取外すことができ
ることである。

【００１９】さらに図４を参照すると、センサーボディ
４４にＵ字形ガスケット５６を支持するみぞ５４が、２
個の側縁部および底縁部に沿って形成されている。この
ガスケット５６により２個の圧力チャンバー４０，４２
間相互で効果的に圧力的絶縁がなされ、センサーボディ
４４の各縁部のまわりで発生する漏れによる圧力パルス
強さの損失を防止する。

【００２０】センサーボディ４４の上方部分に、段差付
取付具６０を支持する円形シールプレート５８が固定さ
れている。前記圧電結晶体から出る電気信号を同軸ケー
ブル５０に伝達するために使用される連続部材（図示せ
ず）を保護するための剛性チューブ６２がこの段差付取
付具６０に溶接で連結される。円形ガスケット７０（図
３）が前記円形シールプレート５８とセンサーハウジン
グ１４の上方シール面７２との間に配置されている。前
記上方シール面７２に向けてシールプレート５８および
円形ガスケット７０に相当な押圧力を加えるために、円
形シールプレート５８の上に接して長方形取付板７４が
ボルト止めされて圧力チャンバー４０，４２の上端部か
らの計量流体密封を確保する。前記長方形取付板７４は
また流量計の電子部材（図示せず）を支持する支柱７６
を有する。

【００２１】特に非常に効果的密封を確保するために、
ガスケット７０の構造は、図７および図８に示すものが
好ましいことが判った。このガスケット７０は例えばス
テンレス鋼のような金属製で、かつ深さが０．３０mm〜
２．０３２mm（０．０１２″〜０．０８″）、好ましく
は０．３８mm（０．０１５″）の深さの別々の円形Ｖみ
ぞ７８がその頂面と底面とに刻まれている。外方頂点間
でみた前記Ｖみぞ７８の幅は約０．３６mm〜０．５６mm
（０．０１４″〜０．０２２″）であってもよい。ガス
ケット７０の頂面および底面（即ちＶみぞ）は、例えば
Ｖみぞ７８深さの２０％以下の厚さの、テフロンの極薄
コーティング８０で被覆されている。図示した実施例で
は好ましくは０．０２５mm〜０．０５１mm（０．００
１″〜０．００２″）の厚さを有する。

【００２２】長方形取付板７２にシール圧力が加えられ
ると、Ｖみぞ７８の鋭いエッジをした尖端部は隣接する
金属表面に切り込む。十分な力が加えられると、Ｖみぞ
７８の前記尖端部は図で示すと図９の８２のように幾分
押しつぶされるであろう。例えば最初のＶみぞ深さ０．
３８mm（０．０１５″）は０．３０mm（０．０１２″）
程度までまたはそれ以下まで減少させられることができ
る。

【００２３】かかる押しつぶし作用があるときは、テフ
ロンコーティング８０はＶみぞ７８の残余の部分にその
幾分かが再配置されるであろう。前記隣接する金属表面
に半径方向掻き傷またはツールマーク８４のような半径
方向不足部分があるときは、前記Ｖみぞ尖端部上のテフ
ロンコーティング８０は、隣接する金属部分と係合する
ようにかかる半径方向不足部分（８６で示すような）内
に延在することができる。半径方向クラックまたは割れ
目をこのようにして密封することにより、計量流体が圧
力チャンバー４０，４２から外部に漏れることを効果的
に防止するであろう。

【００２４】ガスケット７０の金属材料は、前記計量流
体と適合させて選択的に選定できる。多数の尖端部の巻
き（実施例では５個）は密封をより強化する多数の絶縁
障壁装置を形成する。テフロン樹脂は殆どすべての化学
薬品および溶剤に対する耐性を有するので好ましい。本
発明に基づくガスケットは、従来品ガスケットのテスト
では破損が起きたような、１６１ kgf／cm² （２３００
psi ）の圧力において、室温でのみならず温度サイクル
（９．９℃から２０４℃まで即ち５０°Ｆから４００°
Ｆまで）の後においても有効な密封を保ちうることが判
った。

【００２５】このガスケット構造は、ガスケットが最初
に取付けられた時またはそれが取替えられた時に、ツー
ルマークまたは不適当な取扱いによって発生させられた
表面のきずをプラスチックコーティング（好ましくはテ
フロン）が密封することができる点において特に有用で
ある。前記Ｖみぞ尖端部の巻きはシール圧力が加えられ
た後においても、隣接する部分のシール表面に何の損傷
も与えることはない。

【００２６】ある種の形式の計量流体を軽量する時に、
腐食等に対して高度の耐性を有するハステロイメタルの
みと接触するように計量流体が導入されることが重要で
ある。このためにいままでは軽量する流路管およびその
端部フランジは、全部がハステロイで作られていた。し
かしながらハステロイは非常に高価であるが故にこのや
り方は十分満足できるものではなかった。この問題は本
考案によって解決された。

【００２７】再度図１および図２を参照して詳細する
と、本考案の実施例では流路管１０はハステロイ（ｈａ
ｓｔｅｌｌｏｙ）で作られているが、これに対して主フ
ランジボディ９０（即ちボルト２４が貫通する部分）は
ステンレス鋼またはその他のハステロイよりより安価な
材料で作られている。耐腐食性の要求に合致させるよう
に、ハステロイ製のほぼ円形リング９２が主フランジボ
ディ９０の外方端部と流路管１０とに溶接で固着されて
いる。このハステロイリング９２は流路管１０開口部を
取囲み、かつ第２図で示すように流路管端部とわずかに
重なり合う。そこで計量流体はハステロイとのみ接触す
るが、しかしながら各フランジの大部分は相対的に安価
な材料で作られているので、コストは相当に減少させら
れる。図示の実施例では、ハステロイリング９２はフラ
ンジのための隆起した表面を形成し、かつ監視さるべき
流体流システムのハステロイフランジ２８，３０の対応
した隆起した表面９４と合致するようにされている。

【００２８】

【考案の効果】以上の説明から明らかな通り、本考案の
構成によれば、ほぼ直線状の出力特性を有する正確な流
量測定ができ、一個の寸法のセンサーボディは一連の流
路管寸法のものに、例えば２５．４mmまたは３８．１mm
（１″または１．５″）の流路管にセンサーボディ寸法
を変えることなく使用でき、大面積インパルスポート
が、強い圧力パルスを確保させ、かつ前記ポートまたは
関連配置された圧力チャンバー内に内蔵されるに至った
空気泡等があっても直ちに自浄し、センサー部材が発生
する信号は適度に強力で最終測定出力信号に展開する従
来技術で使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案により作られた流量計の斜視図。

【図２】図１の線２−２による垂直断面図。

【図３】図１の線３−３による横断面図。

【図４】センサーボディの斜視図。

【図５】図２の線５−５による水平断面図。

【図６】図２の線６−６による水平断面図。

【図７】流量計に用いたシールガスケットの平面図。

【図８】図７のガスケットの横断面図。

【図９】シール圧を加えた後における図７のガスケット
の横断面図。

【符号の説明】

１０ 小径流路管 １２ 渦分離部材 １４ 外部センサーハウジング ３２ インパルスポート ３４ インパルスポート ４０ 圧力チャンバー ４２ 圧力チャンバー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体流量に対応した比率で渦を発生させ
   る渦分離部材（１２）を有する流路管（１０）を設けた
   流体の流量測定装置において、 前記流路管と一体に形成されかつ一対の圧力チャンバー
   （４０，４２）を形成した外部センサーハウジング（１
   ４）と、 前記圧力チャンバー内の差圧変動に応答する前記ハウジ
   ング内のダイヤフラム装置（４６，４８）と、 前記ダイヤフラム装置を介して伝達された圧力変動に応
   答して対応した流体流量測定信号を発生させるセンサー
   部材とを備え、 前記渦分離部材（１２）に隣接して穴を設けた前記流路
   管（１０）の壁部に、並んだ大面積の一対のインパルス
   ポート（３２，３４）を形成し、これらインパルスポー
   トで前記渦によって発生させられる差圧変動を受容して
   それぞれが前記圧力チャンバーと直接連通することによ
   り前記渦の圧力エネルギーを前記圧力チャンバー内に過
   剰な減衰をさせることなく伝達することを特徴とする流
   量測定装置。