JPH08502352A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体の流量を測定する渦流量計（１０）は、その軸に沿って前記流体を通す穴（１６）を取り囲む壁（１４）を有する導管（１８）を含む。枢軸部材（２２）は前記壁（１４）内のホール（２４）から前記穴へ伸びており、かつ前記流体内の渦に応答して動く。前記枢軸部材（２２）の動きを感知して流量表示出力を提供するために感知手段（３４）が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 渦流量計 発明の背景 本発明は、流量計に関し、特に、移動流体に発生するカルマン渦列内の渦の周 波数または周期の測定原理によって動作する流量計に関する。 発明の概要 本発明の第１の特徴は、流体の流れを測定するための渦流量計に関し、該流量 計は穴（ボア：bore）を取り囲む壁を有する導管を含み、前記穴の軸に沿って流 体を通す。前記壁に設けられたホールから前記穴に枢軸部材が伸び、少なくとも その一端が前記壁に取付けられたねじれピンが前記枢軸部材に結合されている。 前記ねじれピンは前記穴の軸に実質的に平行なピン軸を有し、該ピン軸の回りで の枢軸部材の枢軸運動を可能にする。流量計は、流量を表す出力を提供するため 、その動きを感知するように枢軸部材に結合された感知手段を含む。前記ねじれ ピンは前記枢軸部材をその平衡位置に復帰させる回復力を与える。また、前記ピ ンは該ピンの軸に垂直な軸の回りでの前記枢軸部材の好ましくない運動を低減す る 一方で、該ピンの軸の回りでの動きを可能にする。 好ましい実施例においては、前記流量計は隔膜（ダイアフラム）またスティフ ネスが低減された領域を含み、これが、前記壁のホールをカバーないし封止して いる。前記隔膜を補強するように前記ねじれピンを配置することによって、隔膜 上の変動ライン圧および静ライン圧の影響を低減し、該ピンは流量計の測定能力 を向上させる。 他の好ましい実施例においては、前記導管が省略され、ある導管内のポ一卜に 嵌合するように適合された座環のような部材によって置き換えられる。流量計は 導管ポートに取外し可能な形式または固定形式で挿入してある。 本発明の他の特徴は、流体の流れを測定するための渦流量計に関し、導管は、 流体を通す穴を取り囲む壁を有し、該壁は、スティフネスが低減された領域、好 ましくはその内部に形成された隔膜を有する。枢軸部材が穴内に配置されて前記 隔膜に結合され、感知手段が前記枢軸部材に結合されてその枢軸運動を感知し、 撓み（振れ）の関数としての出力を提供する。本発明のこの特徴によれば、前記 壁、隔膜、および枢軸部材は一つの材料から一体形成され、流体に対して連続し た全体表面を提供し、内部に流体の一部が滞留する割れ目ま たはギャップを低減する。好ましい実施例において、感知手段は取り外し可能に ポストに結合され、一方、該ポストは隔膜を介して前記枢軸部材に結合され、該 ポストは他の流量計の構成要素と一体的に形成されている。 本発明の他の特徴は、流体の流量を測定するための渦流量計に関し、該渦流量 計は流体を通す穴を取り囲む壁を具備し、該壁はスティフネスが低減された壁領 域、および好ましくはその内部に形成された隔膜を有する。穴内に配置された本 体は上流側最端（upstream extremity）、下流側最端（down-stream extremity ）、ならびに該上流側最端および下流側最端に結合された中間部を有する。好ま しい実施例において、前記中間部はスティフネスが低減された本体の一領域、好 ましくは減厚領域を含む。前記最端（extremity）の一方、好ましくは下流側最 端は前記壁領域に結合された第１端部を有する。前記本体領域は、前記本体の周 囲の流動流体によって誘引される流体内の乱れの結果もたらされる、前記下流側 最端の少なくとも一部の動きを促進する。流量計は、前記動きを検知して流量の 関数としての、およびその関数としての出力を提供するため、前記下流側最端に 結合された感知手段をさらに含む。他の好ましい実施例においては、前記下流側 最端 は導管壁に結合された第２端部を有し、かつ前記本体は最下流端の前記第１およ び第２端部の間に配置された第２の減厚領域を含み、該第２の減厚領域も撓んで 動きを促進する。さらに、他の実施例においては、感知手段は縦方向の動きより も横方向の動きを優先的に感知し、かつ穴から離れるように壁領域から伸びるポ ストに取り外し可能に取付けられ、該ポストは感知手段へ前記動きを伝達する。 図面の簡単な説明 図１ａ及び１ｂは本発明に係る流量計の部分切除図である。 図１ｃは枢軸部材およびその隣接部品を示す図１ｂの１ｃ−１ｃ線に沿った断 面図である。 図２ａは図１ｂのねじれピンおよび隣接部品を上方から見た図である。 図２ｂは、枢軸部材が完全な放流（shedding）バーである場合のねじれピンお よび隣接部品の上部図である。 図３ａないし３ｄは本発明に使用できるねじれピンおよびスティフネスを低減 した領域の構成を示す断面図である。 図４ａおよび４ｂは本発明によるさらなる流量計の部分切除図である。 図５ａは本発明によるさらに他の流量計の部分切除図であ る。 図５ｂは図５ａの５ｂ−５ｂ線に沿った断面図である。 図６ａおよび６ｂは本発明による流量計モジュールを示す図である。 図７ａは図１ｂの７ａ−７ａ線に沿った放流バーの断面図である。 図７ｂは従来技術の放流バー組立体の断面図である。 図８は図１ｂの１ｃ−１ｃ線に沿った断面図である。 図９ａ，９ｂおよび９ｃは本発明に使用することができるカバー部材付きの放 流バーを示す断面図である。 図１０ａおよび１０ｂは本発明に使用することができる放流バーの形の変形例 を示す図である。 図１１ａおよび１１ｂは本発明に使用することができる放流バーの形のさらな る変形例を示す図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図１ａにおいて、流量計１０は穴１６を囲む壁１４を有した導管１２を含む。 穴１６は液体又は気体である流体を、示された穴の軸１８におおよそ沿って通す 。この技術分野で知られているように、流れのレイノルズ数がある特定の範囲に ある場合、流体が障害物の周囲を流れるときにカルマン渦列 が生ずる。図１ａにおいて放流バー２０は渦発生のための障害物である。変動す る流体圧力は、壁１４に形成されたホール２４から穴１６内へ向かって伸びる枢 軸部材２２および放流バー２０の他の部分に作用し、枢軸部材２２は変動する圧 力に応答して動く。本発明の特徴によれば、ねじれピン２６がホール２４に配置 されて枢軸部材２０と結合される。一方もしくは、好ましくは両方のピン端部２ ６ａ，２６ａは壁１４に固定的に取り付けられ、ピン軸２７は実質上穴の軸１８ と平行となっている。この構成により、固定されたピン端部２６ａ，２６ａの間 のピン２６の一部は、ピン軸２７の回りでの両矢印３２で示した枢軸部材２０の 枢軸運動に応答して、両矢印３０で示したようにピン軸２７の回りでねじれる。 ピン端部２６ａ，２６ａは導管壁１４に固定されているので、ピン２６は枢軸部 材２０をその平衡位置に復帰させようとする力を与える。該復帰力は枢軸部材２ ０の自然振動周波数を増大させ、動作中に遭遇する最高渦周波数より高い枢軸部 材２２の自然周波数を確保するのに好都合である。ピン２６はまた枢軸部材２２ の、穴の軸１８に平行方向の、望ましくない動き、つまり部分的な機械振動また は流体の流れを表さない他の影響によって通常引き起こされる動きを少なく する働きをする。前記動きを少なくすることによって、結果的に装置内における ノイズや疑似信号が低減される。さらにピン２６は、流れを横断する枢軸部材２ ２の、前記流れを表す動き（両矢印３２で示す）を可能にする。好ましくは付属 部品によってポスト２８を介して枢軸部材２２に結合された感知手段３４が、枢 軸部材２２の動きを感知し、該動きを表す出力３６を供給する。この場合、前記 動きの周波数は体積流量の関数であるから、前記出力３６は結果的に流量をも表 すことになる。ポスト２８は上述したピン２６および枢軸部材２２の影響により 、主として両矢印３８に沿ってピン軸２７の回りで枢軸回動する。 図１ａにおいて、ホール２４は、導管１２を取り巻く周囲環境へ穴１６から流 体が漏れるのを低減ないし防止するため、図示しないカバーまたはキャップ等公 知の手段によって封止されるのが好ましい。また、放流バー２０は、好ましくは 本願と同じ譲受人に譲渡され、ここに統合して引用する米国特許４，４６４，９ ３９号明細書に記載された全体形状またはアウトラインを有する。 図１ｂは流量計１０ａを示し、該流量計１０ａは、それがホール２４を横断し て広がる隔膜４０として図１ｂに示す、 スティフネスを低減した領域を含む他は流量計１０に類似する。こうして隔膜４ ０はめくら穴２４ａを画定し、ホール２４を穴１６から好ましくは液密に隔離す る。感知手段３４または他の流量計構成部品を被測定流体から隔離することによ って、流量計１０ａでは、酸のような過酷（harsh）な流体と同様、穏やか（ben ign）なものをも測定することができる。 図１ａに関して述べたねじれピン２６の有益な作用に加え、ピン２６が隔膜４ ０を補強するように使用されたとき、さらに流量計１０ａを有益にできる。第１ に、流体のライン圧（ライン圧は壁１４の外側の環境を基準とした穴１６内の流 体の圧力である）の変動があるとき、補強として使用されるピン２６がない、同 様の流量計と比較した場合、隔膜４０を補強することによってピン２６が測定能 力を向上させる。ライン圧の非ゼロ値は隔膜４０の内部に応力を生じ、そのひず みを引き起こす。ライン圧の変化に応じてこれらの応力やひずみが変化し、隔膜 ４０、枢軸部材２２およびポスト２８に動きを生じさせる。好ましい感知手段３ ４は、以下でより詳細に検討するように、ポスト２８のその長さに沿った縦方向 の動きよりもポスト２８の横方向の動きを優先的に検知する。このような感知手 段を具備するので、ライン圧の変化はポス ト２８の、横方向よりも主として縦方向の枢軸運動を発生させるように隔膜４０ の両半分（これらはピン２６で２分される）の実効領域をほぼ均等にすることに より、かつ隔膜上で枢軸部材を正確に位置決めないし芯合わせすることによって 効果を実現することができる。しかしながら実際上、感知手段３４はある程度の 範囲で、ライン圧の変化によるポスト２８およびその他の部材の動きを検知する 。例えば流体の流れの中にある機械式ポンプに起因してライン圧が周期的に変動 した場合、これに対応する隔膜４０、枢軸部材２２およびポスト２８の動きが感 知手段３４によって検出され、流量の信号として誤って解釈されることがある。 補強隔膜４０によって、ピン２６はライン圧の影響による応力やひずみを低減さ せ、その結果、これに伴うポストおよび他の流量計の構成部品の動きが低減し、 測定能力が向上する。 第２に、隔膜４０の強化によりピン２６は隔膜４０を破壊するために要するラ イン圧の値を高め、その結果、より高いライン静圧での運転を可能にする。ピン 端部２６ａ，２６ａの双方が、隔膜４０の最大の強化および補強のため、好まし くは導管壁１４に直接取り付けられる。 図１ｃは図１ｂの１ｃ−１ｃ線に沿った断面で隔膜４０の 周辺を示し、かつ枢軸部材２２の枢軸運動、ねじれピン２６のひねり、および隔 膜４０のたわみを（非常に誇張した形で）示す。両矢印３２は枢軸部材２２の全 体的な動きを示す。実線および破断線は一方向での最大偏位における各部材の位 置を示す。 図２ａの上面図は感知手段３４の側から見た流量計１０ａの選択された部品を 示す。隔膜４０は、取付けられた枢軸部材２２とともに、隔膜４０の直径４２で 決定される外側（隔膜）径、および枢軸部材２２の有効径４４で決定される内側 （固定中心）径を有する固定中心隔膜を都合よく形成する。ここで、隔膜と同様 の材料で形成された「中心」の場合は、固定中心は隔膜の少なくとも６倍の全体 厚さを有する中心である。この実施例および他の実施例の枢軸部材は、好ましく は隔膜に固定的に取付けられて固定中心隔膜を形成し、その結果、枢軸部材上に 作用する力は効果的に感知手段に伝送される。図２ａには、導管壁１４に固定的 に取付けられているねじれピンの端部２６ａ，２６ａが示されている。 図２ｂは図２ａと類似の図であるが、この中で流量計は図１ａおよび１ｂに示 したものとは幾分異なる。図２ｂにおいて、枢軸部材２０ａは上流側最端１０４ 、中間部１０６、お よび下流側最端１０８からなる実質的に完全な（complete）放流バーである。ね じれピン２６ｂは導管壁１４に固定的に取付けられたピン端２６ｃ，２６ｃを有 する。枢軸部材２０ａは有効径４４ａを有し、隔膜４０は隔膜径４２ａを有する 。図２ｂはまたポスト２８も示す。また、枢軸部材２０ａのより大きな動きを可 能にする一方、隔膜４０への確固とした結合を維持するため、枢軸部材２０ａの 隔膜４０に隣接する部分およびポスト２８の周囲を越えて伸びる部分はえぐられ ていてもよい。このような場合、固定中心の直径はポスト２８の直径および直径 ４４ａの中間値をとることができる。隔膜への枢軸部材の取付け部にえぐりが設 けられている場合、確固とした結合を維持するために、えぐり部の横幅は枢軸部 材端の横幅の少なくとも５０％にすべきである。「横幅」は、図２ｂにおいては 、図の面内にあって、軸２７に垂直な軸に沿って測定された幅を意味する。 図３ａ〜３ｄは本発明に使用することができるさらにいくつかの隔膜およびね じれピンの形状を示す断面図である。図３ａにおいて、隔膜４０ａは平らな形状 を有し、枢軸部材２２に接合されている。図３ｂにおいて、隔膜４０ｂは穴１６ のほぼ真円筒形に一致するように湾曲された形状を有す る。湾曲された隔膜は平らな隔膜と比較して増大されたスティフネスを有し、そ のために、与えられた隔膜の厚さに対して流量計の感度が低減する。その結果、 与えられた最小の感度に対しては、平らな隔膜は湾曲されたものよりも大きい厚 さにできるので一般に、隔膜が一体成型される場合は有利である。一方、湾曲さ れた隔膜は管の表面の湾曲形状に一致させることにより流体の流れ特性を改善で き、一体成型技術を使用した場合には平らなものよりも製造を容易にすることが できる。図３ｃにおいては、スティフネスを低減された領域４０ｃが壁１４のホ ールを完全に充填している。さらに、領域４０ｃはねじれピン２６ｄを覆ってい る。領域４０ｃは、領域４０ｃに隣接する導管壁１４に比して小さい固有スティ フネスを有する材料で構成されている。ピン２６ｄはスティフネス低減領域４０ ｃに埋め込まれ、該ピンは領域４０ｃに比して大きな固有スティフネスを有する 材料から構成されている。最後に図３ｄは、穴に最も近い内面近くよりもむしろ 導管壁１４の外面近くに配置された隔膜４０ｄを示す。このような構成では、図 ３ａおよび図３ｂのホールの構造とは対照的に、スティフネス低減領域の穴１６ と同じ側にめくら穴２４ｂが配置される。 図１ａおよび１ｂにおける流量計１０および１０ａには、枢軸部材２２の動き を検知するための多くの型の感知手段を使用することができる。一例として、枢 軸部材２２の動きに起因するピン２６、ポスト２８または隔膜４０の偏向を検出 するための公知の光学的技術を感知手段として適用できる。好ましい実施例にお いては、流量計１０および１０ａはねじれピン２６または隔膜４０から延長され たポスト２８を含み、感知手段３４はポスト２８に結合される取り外しまたは置 換可能なモジュールであり、圧電板または結晶が使用される。この好ましい感知 手段は、軸方向に撓んでポスト２８の側方（横方向）の動きを圧電結晶へ伝達す る一方、ポスト２８から圧電結晶への長さに沿った動きの伝達は抑制するように 撓む隔膜を含む。この好ましい感知手段は本願と同じ譲受人に譲渡され、ここに 統合して引用する米国特許４，９２６，６９５号明細書に記載されている。縦の 動きよりもむしろ横の動きを優先して検知する前記感知手段の能力は、理想的で ない動作状態の下で流量計が満足に作動できることを確実にするために重要であ る。また、好ましい感知手段は、隔膜４０が自由に撓むことができるように、隔 膜を押圧したり、それに荷重をかけたり、またはその他の方法で隔膜４０を制 限しないことが重要である。 図４ａは穴１６ａを包囲する導管壁１４ａ）およびねじれピン２６と結合され た枢軸部材２２ｂを有する、図１の流量計と同様の流量計１０ｂを示す。図４ｂ は図４ａの流量計と類似するが、導管壁１４ａのホールを横断して広がる隔膜４ ０ｅを付加的に有している流量計１０ｃを示す。隔膜４０ｅは導管壁１４ａ内の スティフネス低減領域として作用する。 図５ａの部分切除図は、本発明のねじれピンを使用した他の実施例である流量 計１０ｄを示す。流体は、穴１６ｂ内に配置され、放流バーとして表され、流体 中でカルマン渦列を発生させる障害物４２の一部の回りをほぼ指示された穴の軸 １８に沿って流れる。ねじれピン４４および好ましくはポスト４６にも結合され た障害物４２は、渦に連関する流体の乱れに応答して全体にピン軸４８の回りで 枢軸運動または屈曲する。障害物４２はまた、その他端に近い軸４９（図５ｂ参 照）の回りで枢軸運動または屈曲する。ねじれピン４４の両端部は座環５０に一 体的に接続され、前記座環５０はさらにその周囲の溶接接合部５１，５１を介し て導管壁１４ｂに取付けられている。こうして前記ピン端部は導管壁１４ｂに固 定的に取付けられるので、上述のように、流量計１０ｄはピ ンのねじれ作用に基づく効果を得る。感知手段３４はポスト４６を介して障害物 ４２の動きを検知し、前記偏向の関数として出力３６を供給する。流量計１０ｄ は好ましくはさらに座環５０を横断して広がる隔膜５２を含み、該隔膜はピン４ ４によって強化されている。 障害物４２、ピン４４および座環５０を具備する流量計モジュールは感知手段 ３４と結合され、かつ導管壁１４ｂ内へ挿入されることによって流量計として供 される。この流量計モジュールはさらに好ましくは隔膜５２およびポスト４６を 含み、導管壁１４ｂのポート５４に挿入嵌合される。座環５０を導管１４ｂに確 保して所定の場所に流量計モジュールを保持するため、溶接以外のろう付け、セ メント接合（cementing）、溶剤接合（solvent）、接着、圧入、ねじ込み等他の 公知方法を使用することができる。 図５ｂは図５ａの５ｂ−５ｂ線に沿った部分切除断面図である。枢軸運動を増 すため、障害物４２は、座環５０に結合される第１の端部５３ａ）および下部座 部材５６に結合される第２の端部５３ｂの位置でえぐられてもよい。溶接接合部 ５７ａ，５７ａは下部座部材５６に障害物４２を確保し、溶接接合部５７ａ，５ ７ａは障害物４２を下部座部材５６に固 着し、また溶接接合部５７ｂ，５７ｂは導管壁１４ｂに部材５６を確保する。端 部５３ａは好ましくはポスト４６の直径よりも小さくない直径を有する円形断面 形状を有する。図２ａおよび図２ｂに関して説明したように、えぐりは障害物４ ２および隔膜５２の間の強固な結合を維持できるものでなければならない。端部 ５３ｂは好ましくは穴の軸１８に平行して長く延びる断面形状を有する。障害物 ４２のえぐり部は穴１６ｂの外側に配置されるので、実質的に流体の流れに影響 を及ぼさない。しかしながら、障害物４２は、符号５８で誇張して示す小さなギ ャップが障害物４２および導管壁１４ｂの間に残るような形状であるため、障害 物４２の枢軸運動は許容される。他の実施例に示す枢軸部材もまたえぐり領域ま たは枢軸運動を促進するための領域を含むことができる。 また、図５ｂに示すのは、動き伝達管３４ｂおよび軸方向に撓む隔膜３４ｃを 含む好ましい感知手段３４ａの部分である。軸方向に撓む隔膜３４ｃは横方向に 堅固であり、図示しない圧電結晶に効果的に力を伝達するが、ポスト４６の垂直 方向の動きは軸方向に撓む隔膜３４ｃの撓みによって大いに吸収されるように軸 方向には弱い。隔膜５２の自由な撓みを許容するため、感知手段は隔膜５２を押 圧したり制限したり しない。 図６ａは本発明に関する取り外し可能な流量計モジュールの部分側面断面図で ある。図６ｂは６ｂ−６ｂ線に沿った図を示す。流量計モジュール５５は、該流 量計モジュールが、好ましくは導管部を含まず、既設の導管つまり管６２のポー ト６０に挿入されている点を除いて、図１ｂの流量計１０ａと類似する。流量計 モジュール５５は座環６４、隔膜４０）ピン端部２６ａ，２６ａを有し、前記座 環６４に固定的に取付けられている捩じれピン２６、枢軸部材２２を少なくとも その一部分とする放流バー２０、ならびに好ましくはモジュール端部６６および ポスト２８からなる。流量計モジュールは好ましくはコスト低減のため素材から 一体的に成型される。ポート６０へ流量計モジュール５５を挿入するに際しては 、座環６４がポート６０と嵌合され、ねじ６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄによ って導管６２に確保される。Ｏリング７０は効果的にポート６０を封止し、導管 ６２外への液漏れを防止する。堅固な環止め７２または他の堅固な止め具手段に よってモジュール端部６６は導管６２に確実に保持される。枢軸部材２２を含む 放流バー２０に代えて、流量計モジュール５５は、枢軸部材２２ｂ（図４ａ）、 または枢軸部材と放 流バーとが組み合わされたもの２０ａ（図２ｂ）、または障害物４２ （図５ａ および５ｂ）等、他の構造を含むことができる。感知手段３４は上述の実施例と 同様、流量表示出力を供給する。 隔膜およびねじれピンの両方を使用した本発明の実施例では、前記ピンは、穴 の内部の流体の流れの乱れを最少にするように、好ましくは隔膜の導管穴から離 れた側に配置される。 本発明の他の特徴は、振動すなわち枢軸部材としての放流バーの「尾」部の使 用にある。再び図ｌｂに戻り、放流バー２０は全体的に上流側最端１０４ａ）中 間部１０６ａ）および下流側最端１０８ａからなる。下流側最端１０８ａは枢軸 部材２２を含み、その動きが検知されて出力３６が発生される。枢軸部材として の下流側最端（またはその一部）を使用することは、一端、つまり後縁が固定さ れていないためにすでに自由に枢軸偏向できるという事実を活用したものである 。さらに、中間部１０６ａの一部である減厚領域１１０が、屈曲または撓みによ る枢軸部材２２の他端つまり先端の動作の、より大きい自由度を許容する。効果 的な枢軸運動のため、枢軸部材は、好ましくは比較的スティフネスの大きい棒状 構造であり、導管壁内に形成された隔膜に堅固に取付けられて流 動流体内にさらされる。 図７ａは、枢軸部材２２の下流側最端、減厚流域１１０）および上流側最端１ ０４ａを含む放流バー２０の、図１ｂの７ａ−７ａ線に沿った横断面図を示す。 流体はほぼ矢印１１１で示す方向に移動する。破線の円１１６は隔膜４０の位置 を示す。放流バー２０の回りの流体の流れによって引き起こされる乱れは放流バ ー２０を横切る変動差圧を発生する。矢印１１４は、ある瞬間に放流バーの部分 に作用する差圧による力つまり枢軸部材２２の動きに貢献する力を示す。 減厚領域１１０を有する下流側最端の枢軸部材２２の採用は、図７ｂに示す同 様の寸法の従来技術による放流バー２０ｃと比較した場合、その動きに貢献する 差圧の力が作用する表面領域が増大する点で優れている。同図において、矢印１ １４ａは放流バー組立体２０ｃの中間部に主として作用し、検知梁１１８の動き に貢献する差圧による力を示す。従来技術の組立体２０ｃは上述した米国特許４ ，９２６，６９５号明細書に開示されている。図７ａにおいては、力１１４は枢 軸部材２２および減厚領域１１０に作用し、図７ａの面に垂直な軸１２２の回り の曲げモーメント１２０を発生する。放流バー組立体２０の表面領域を比較的大 きくして使用するこ とにより、与えられた測定感度に対し、図７ｂの感知隔膜１２４よりも減厚領域 １１０を厚くすることができる。これによって、放流バー組立体２０が金属で一 体的に鋳造される場合に、製作部品の厚さが与えられた最低の厚さを超えてさえ いるならば、公知の鋳造方法は信頼性に富み低コストであるから特に有利である 。代表的な金属、流量計の寸法、および感度要求により、減厚領域１１０の厚さ が前記最低厚さより大きくなるならば、一体鋳造構造が可能になる一方、従来技 術の感知隔膜１２４はその厚さが前記最低厚さより薄いために、これら部品を個 々に機械加工部品することが要求される。所望ならば、枢軸部材２２の自然周波 数は減厚領域１１０の厚さを調節して設定することにより規定でき、該周波数は 厚さの増大に伴って増加する。 放流バー２０は、下流側最端枢軸部材２２を使用することにより、組立体２０ ｃの隔膜輪郭線１１５と比較して、輪郭線１１６で示されたより大きい直径の隔 膜に適合する点で、放流バー組立体２０ｃに対して付加的な優位点を有している 。大きい直径の隔膜の使用により、適当な隔膜の可撓性が維持される一方で、隔 膜の厚さの増大が可能になる。これは、一体鋳造された減厚領域１１０に関連し て説明したのと同じ理 由で一体成型隔膜にとっても利点である。 再び図１ｂに戻り、放流バー２０は好ましくは下流側最端１０８ａの一部とし ての減厚領域１１２を含む。図示のように、領域１１２および１１０は好ましく は突き合わされてＬ型形状を形成する。１ｃ−１ｃ線に沿った断面図が図８に示 される。そこで、図７ａの矢印１１４に類似している矢印１２６は枢軸部材２２ の動きに貢献する差圧による力を示し、該力はピン軸２７の回りでの曲げモーメ ント１２８を発生する。減厚領域１１２が撓んで、軸２７の回りでの枢軸部材２ ２の枢軸運動を促進する。領域１１０と同様、領域１１２の厚さも調節または設 定でき、十分に高い枢軸部材２２の自然周波数を確保しつつ、感知手段３４で測 定可能な適当な撓みを確保する。 必要ならば、減厚領域１１０，１１２の一方または双方を省略して、減厚され ているのではなく、変形されていない放流バーの形状と適合し、かつ隣接する部 分と比較して小さい固有スティフネスを有しており、その結果枢軸部材の動きを 促進するための減厚領域と同様に、可撓性が増大している材料で置き換えること ができる。渦放出周波数と流量との関係は、例えば減厚領域の導入のような方法 で放流バーの外部表 面の形状を変えることによって変化できるため、前述の試みは前記関係の乱れを 最小限度にすることになり、都合がよい。 また、渦分流周波数と流量との関係の乱れの低減は、カバー部材または減厚領 域の少なくとも一部を覆う部材を位置決めすることによって実現できる。図９ａ ， ９ｂおよび図９ｃは、図１ｂの放流バ−２０に取付けられた前記のようなカ バー部材７４の、それぞれ側面、後面、および断面図である。溶接点７６によっ てカバー部材７４は所定位置に保持される。 カバー部材７４が実質的に減厚領域１１２を覆うので、下流側最端１０８ａがカ バー部材７０とともに、下流側最端１０８ａの長さ全体に沿って、実質的に均一 な流体に対する外部表面を提供する。カバー部材７４と隣接部品との間のギャッ プ７８は、枢軸部材２２の枢軸運動の制限を増加することがないように、減厚領 域１１０，１１２が、カバー部材がない場合にこれらが撓むことのできる角度と 実質的に同じだけ撓むことを許容する。必要ならば、中間部１０６ａが前記カバ ー部材とともに、その長さに沿って流体に対する実質的に均一な外部表面を同様 に提供するように、カバー部材は減厚領域１１０をも覆うことができる。 図１ａは、図１ｂと同様下流側最端枢軸部材２２を使用し た放流バー２０を示す。図４ａは上流側最端１０４ｂ）中間部１０６ｂ（減厚領 域１１０ａを含む）、および下流側最端１０８ａ（減厚領域１１２ａを含む）か らなり、図ｌａ，１ｂのものと類似する放流バー２０ｂを示す。しかしながら図 ４ａでは、減厚領域１１２ａおよび１１０ａは導管壁１４ａに直接取付けられて いる。 代案として、好ましくないが、本発明の実施例は枢軸部材としてどちらかとい えば下流側最端よりも上流側最端の少なくとも一部を使用する。先に言及した差 圧による力は、一般的に下流側最端よりも上流側最端の方で弱いと考えられてい るが、それでも中間部に加わる力が組み合わされたときには、上流側最端の測定 可能な動きを生じさせるのに十分である。下流側最端のように上流側最端は自由 に撓む、隔離されたエッジを有する。上流側最端の形状は、特に装置の渦放流の 挙動に強い影響を有するので、その部分の枢軸運動を促進するために、上流側最 端内に減厚領域を取り入れることは渦分流周波数と流速との間の関係に悪影響を 与える。この問題は、減厚領域に代えて、放流バーの残余部の形状と一致し、か つ小さな固有スティフネスを有する材料を使用することにより（上述したように ）、または減厚領域とともにカバー部材を 使用することにより低減できる。 図１０ａは本発明に使用することができる他の放流バーの断面形状を示し、放 流バー８０は上流側最端８２、中間部８４、および下流側最端８６を有する。図 １０ｂは図１０ａの放流バー８０を示すが、ここでは中間部８４は減厚領域８１ を含み、下流側（または上流側）最端の枢軸運動を促進する。同様に、断面が図 １１ａに示され、上流側最端９２、中間部９４、および下流側最端９６を含む放 流バー９０もまた本発明に使用することができる。図１１ｂは図１１ａの放流バ ー９０を示すが、下流側（または上流側）最端の動きを促進するため、中間部９ ４の部分としての減厚領域９１を含む。 さらに、本発明の他の特徴は流量計の部品が形成されて一緒に保持される方法 に関する。図１ａの流量計１０において、導管壁１４、放流バー２０（図ｌｂで 表示した枢軸部材２２と減厚領域１１０および１１２とを含む）、ねじれピン２ ６、およびポスト２８は、好ましくは金属、プラスチック、セラミック、その他 の一定の材料によって一体的に形成される。ステンレス鋼、炭素鋼、クロム−ニ ッケル鋼（例えばユニオンカーバイド社「Union Carbide Corp」で販売されてい るハ ステロイ「Hastelloy」）等の金属からなるインベストメント鋳造法が、工業的 用途に設計された流量計の多くのものに好ましい。同様に、プラスチックの射出 成型が他の用途に使用できる。図１ｂの流量計１０ａにおいて、隔膜４０は流量 計１０との関連で先に説明した部品と一体的に形成される。この一体的に形成さ れた流量計１０ａは、製作に必要な機械加工および組立の工程削減による両方の 経費節減の効果と、腐食の影響を受けやすい溶接継手の不存在、および液体が滞 留する可能性のある部品間のギャップまたは割れ目の不存在に関する他の効果と を有する。この後者の特徴は一体成型方法に起因し、流体にさらされる連続的な とぎれのない全体表面流体によるものであり、この特徴は例えば食料つまり飲料 等の流体である衛生的用途に要求される。各実施例に示したポストだけでなく、 図１ｃ，２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂおよび３ｄの枢軸部材、ねじれピン、隔膜およ び導管壁のそれぞれは、好ましくは単体のユニットとして一体形成される。図４ ａおよび４ｂの流量計１０ｂおよび１０ｃ（出力３６を伴う感知手段３４を除く ）もまた、好ましくは単一のユニットとして一体的に形成される。図６ａおよび ６ｂの流量計モジュール５５もまた好ましくは一体的に形成される。隔膜および 減厚領域は、機械加工において特別な配慮と経費を必要とするため、他の部品に 加えて減厚領域（例えば図１ｂの１１０および１１２で示す）だけでなく、隔膜 をも一体的に成型することは特に好都合である。また、隔膜上に枢軸部材を正確 に位置させることは、変化するライン圧に対する計測装置の応答に大きく影響す るので、予め決定された位置関係で、隔膜と枢軸部材とを一体的に成型すること によってライン圧の変化に対する感度低減を、高い反復可能性の下で、ほとんど 組立工程無しに、かつ低コストで保証できる。 本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、当業者には本発明の範囲を逸 脱することなく、形式的および詳細の変更が可能であることが認識されるであろ う。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．穴の軸に沿って流体を通すため該穴を取り囲む壁であって、その内部にホー ルが形成されている壁を有する導管と、 前記ホールから前記穴内へ伸びる枢軸部材であって、流量を表す周波数で発生 する流体内の乱れに応答して動作する枢軸部材と、 前記枢軸部材に結合されてその動きを感知し、流量を表す出力を供給する感知 手段と、 前記ホール内に配置され、前記枢軸部材に結合されたねじれピンであって、第 １のピン端部が前記壁に取付けられたピンとを具備したことを特徴とする流体流 量測定のための渦流量計。 ２．前記壁に形成され、前記ホールを横断して封止状態で広がるスティフネス低 減領域をさらに具備し、該領域が前記ピンによって補強されていることを特徴と する請求項１記載の流量計。 ３．流体を通すための穴を取り囲む壁であって、その内部に隔膜が形成された壁 を有する導管と、 前記穴に配置され、かつ前記隔膜に結合された枢軸部材と、 前記枢軸部材に結合されてその枢軸運動を感知し、該枢軸 運動の関数としての出力を提供する感知手段とを具備し、 前記壁、隔膜、および枢軸部材が、流体に対して連続した全体表面を提供する 材料で一体的に形成されたことを特徴とする流体流量測定のための渦流量計。 ４．前記穴内に配置され、少なくとも前記枢軸部材の一部を含む本体をさらに具 備し、 前記本体が、流体内に流量の関数としての乱れを誘引し、流量を表す周波数で 前記枢軸部材に枢軸運動を起こさせることを特徴とする請求項３記載の流量計。 ５．前記導管が、前記隔膜によって流体から隔離されたホールを有することを特 徴とする請求項３記載の流量計。 ６．前記隔膜に近接し、前記枢軸部材に結合されたねじれピンをさらに具備し、 該ピンが、前記壁に取付けられた第１および第２の端部を有し、かつ実質的に 前記穴を通過する流体の流動方向と実質的に平行なピン軸を持ち、 前記ねじれピンが、前記壁、隔膜、および枢軸部材と一緒の材料から一体的に 形成されていることを特徴とする請求項３記載の流量計。 ７．流体を通す穴を取り囲む壁であって、その内部にスティ フネス低減壁領域が形成された壁を有する導管と、 前記穴に配置され、かつ第１および第２最端を有し、該第２最端が前記壁領域 に取付けられた第１端部を有する本体であって、スティフネスが低減された本体 領域をさらに具備した本体と、 前記第２最端に結合されて流体内の乱れに起因する少なくともその一部の動き を感知し、該動きの関数および流量の関数としての出力を提供する感知手段とを 具備し、 前記本体領域が撓むことによって前記動きを促進することを特徴とする流体流 量測定のための渦流量計。 ８．前記第１最端が上流最端であり、前記第２最端が下流最端であることを特徴 とする請求項７記載の流量計。 ９．前記本体領域が前記本体の減厚領域であることを特徴とする請求項８記載の 流量計。 １０．前記減厚領域が前記上流および下流最端の間に配置されたことを特徴とす る請求項９記載の流量計。 １１．前記下流最端が、前記導管に取付けられた第２端部を有し、前記減厚領域 が前記下流最端の第１および第２端部間に配置されたことを特徴とする請求項９ 記載の流量計。 １２．導管壁内のポートに挿入され、前記導管に沿って流れ る流体の流量を測定する流量計において、 前記ポートと組合わさるように適合され、その内部のホールを横断して広がる 隔膜を含む嵌合部材と、 前記嵌合部材から離れて伸びている本体であって、第１および第２最端を有し 、前記第２最端が前記隔膜に取付けられた第１端部を有し、スティフネス低減領 域をさらに含む本体と、 前記第２最端に結合されて流体内の乱れに起因する少なくともその一部の動き を感知し、該動きの関数および流量の関数としての出力を提供する感知手段とを 具備し、 前記スティフネス低減領域が撓むことによって前記動作を促進することを特徴 とする流量計。 １３．流体を通すための穴を取り囲む壁であって、その内部にホールが形成され ている壁を有する導管と、 前記ホールを横断して広がり、かつ前記壁に保持された隔膜と、 前記穴を横断して配置された分流バーであって、前記壁に保持された第１端部 および前記隔膜に堅固に取付けられた第２端部を含む分流バーと、 流体内の、流量を表す周波数での乱れに起因する、前記分 流バーの動きを感知する感知手段とを具備し、 前記感知手段が、前記隔膜の自由な撓みを制限しないことを特徴とする流体流 量測定のための渦流量計。