JPH08503078A - バッフル体を有する渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ばらつきが少なくかつ体積流量と渦発生振動数との比が一定である範囲内におけるストルーハル数を正確に算出できると共に小さなレイノルズ数の方へ一定のストルーハル数範囲を拡張した渦流量計を提供するために設けられたバッフル体（１）が、直径方向で対向し合った部位で、流体の通流する内径（Ｄ）を有する測定管（２）の内壁と固着結合されているか、又は該測定管内に挿嵌された枠内に固着されており、前記バッフル体（１）が、流動方向の長さ（ｌ₁）と上流側の基底幅（ｂ₁）と下流側の基底幅（ｂ₂）とを有する上流側の扁平な台形部分（１１）と、該台形部分にギャップなしに接続していて流動方向の長さ（ｌ₂）と基底幅（ｂ₃）とを有する三角形断面形状の後流側部分（１２）とから成る、複合体として構成されており、この場合次の寸法算定方程式：０．１≦ｂ₁／Ｄ≦０．３５０．６≦ｂ₂／ｂ₁≦０．９５０．１≦ｌ₁／ｂ₁≦０．２０．７５≦ｌ₂／ｂ₁≦１．５０．５・ｂ₂／ｂ₁≦ｂ₃／ｂ₁≦ｂ₂／ｂ₁が当て嵌まることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】 バッフル体を有する渦流量計 ［技術分野］ 本発明は、カルマン渦列の原理に従って、壁によって制限された液体流、ガス 流又は蒸気流の体積流量を測定することのできる、バッフル体を有する渦流量計 に関するものであり、前記媒体流を本明細書では以下、流体と呼ぶ。 ［背景技術］ 流体の流れの中央にバッフル体を配置すると、流れ内の該バッフル体の両側縁 に沿って交互に渦が離脱（剥離）する。渦の離脱度数、所謂「渦発生振動数」は 流速に比例しており、従って（流れが壁で制限されている場合には）体積流量に 比例している。 測定精度は実質的にバッフル体に関連しており、特にバッフル体の形状、バッ フル体の寸法及びバッフル体の設置部位に関連している。更には又、渦発生振動 数と体積流量との比が一定であって一般に渦流量計の測定範囲を形成することに なるようなレイノズル数Ｒｅの範囲、並びに、測定精度に影響を及ぼす渦発生振 動数のばらつきも該測定精度に関連している。 従来公知の渦流量計は、例えば円筒形、長方形、三角形、台形のような単純な 基本形状のバッフル体を使 用しており、しかも台形状のバッフル体を採用する頻度が高くなっている。 しかしながらバッフル体の前記のような形状を用いた場合、測定管の直径を関 数とすれば、レイノズル数Ｒｅ≧２０，０００について一定のストルーハル数範 囲しか得ることができない。またストルーハル数のばらつきσは１％を上回って いる。 ストルーハル数Ｓは、バッフル体の幅ｂが与えられている場合、周知のように 渦発生振動数ｆと流速ｖとの次の関係式に等しい：Ｓ＝ｆｂ／ｖ バッフル体が前記の形状を有している場合、最適の測定限度範囲内において得 られるレイノズル数Ｒｅの下限値Ｒｅ_min、従って測定範囲の下限値、並びに渦 発生振動数ｆのばらつきσは次表の通りである： またドイツ連邦共和国特許出願公開第３９１６０５６号明細書では、バッフル 体の横断面が詳細な説明なしに単に図示されており（図４参照）、この場合バッ フル体は、 流動方向の長さｌ₁と上流側の基底幅ｂ₁と下 流側の基底幅ｂ₂とを有する上流側の扁平な 台形部分と、該台形部分にギャップなしに接 続していて流動方向の長さｌ₂と基底幅ｂ₃と を有する三角形断面形状の後流側部分とから 成る、複合体として構成されており、 この場合次の寸法算定方程式が成立する： ｂ₂／ｂ₁＝０．６６ （２′） ｌ₁／ｂ₁＝０．２０ （３′） ｌ₂／ｂ₁＝０．５２ （４′） ｂ₃／ｂ₁＝０．１９ （５′） ０．１９＝ｂ₃／ｂ₁≦ｂ₂／ｂ₁＝０．６６ （５″） ０．３３＝ｂ₂／２ｂ₁≧ｂ₃／ｂ₁＝０．１９ （５″′） 更にまた、前記の基本形から成る別の複合体も慣用されているが、しかしなが ら該複合体は、乱流内においてストルーハル数の定数範囲の実質的な拡張もしく は渦発生振動数ばらつきの減少を生ぜしめることはない。 従って、前記の測定範囲が前記レイノルズ数よりも 小さくなる方向で制限されており、かつ前記のバッフル体もしくは慣用のバッフ ル体における渦発生振動数のばらつきが依然として過度に大きいという問題点が 存在している。 ［発明の開示］ そこで本発明が解決しようとする課題は、渦発生振動数のばらつきを微小にす ると共に、小さなレイノルズ数の方向に一定のストルーハル数範囲を拡張するこ とができ、かつ、体積流量と渦発生振動数との定比率範囲内で、バッフル体の寸 法からストルーハル数を、測定装置にとって許容できる精度で算出することので きる渦流量計を提供することである。 バッフル体を備えた渦流量計における前記課題を解決するための本発明の構成 手段は、バッフル体が、流動方向の長さｌ₁と上流側の基底幅ｂ₁と下流側の基底 幅ｂ₂とを有する上流側の扁平な台形部分と、該台形部分にギャップなしに接続 していて流動方向の長さｌ₂と基底幅ｂ₃とを有する三角形断面形状の後流側部分 とから成る、複合体として構成されており、 この場合次の寸法算定方程式： ０．１≦ｂ₁／Ｄ≦０．３５ （１） ０．６≦ｂ₂／ｂ₁≦０．９５ （２） ０．１≦ｌ₁／ｂ₁≦０．２ （３） ０．７５≦ｌ₂／ｂ₁≦１．５ （４） ０．５・ｂ₂／ｂ₁≦ｂ₃／ｂ₁≦ｂ₂／ｂ₁ （５） が当て嵌まる点にある。 本発明の構成手段によれば、渦発生振動数センサは後流側部分に一体に組込ま れており、この場合渦発生振動数センサは、流体の流過する後流側部分の側面に 、該側面の表面に対して同一平面になるように組込まれているのが殊に有利であ る。 更に本発明の有利な構成手段によれば、圧電式撓み振動子が渦発生振動数セン サとして構成されており、かつ後流側部分は、渦が該後流側部分の運動を発生さ せるように台形部分に固定されている。この構成自体はすでに東独国特許出願公 開第２５６３６７号明細書において開示されている。 しかし本発明では、圧電式撓み振動子の振れ側を含む後流側部分は、撓み振動 子が、カルマン渦列の経過中における圧力変動に起因して惹起される最小限の振 れにも応答して相応の圧電電圧を、更に処理すべき測定信号として発生させるよ うに、前記台形部分に固定される。 従って本発明ではバッフル体は測定管の中央で、しかも該バッフル体の高さ（ ＝ｚ軸）が測定管全体にわたるように延びているか、或いは前記枠の内部で延び ており、かつ、バッフル体は、流動方向でギャップなしに相前後して位置する中 心対称に接合された２つの部分から成っている。流体の流れがバッフル体に当る 側、つまり上流側には扁平な細い台形部分が使用され、 該台形部分は機械的に固定的にかつ捩じれなく測定管と結合され、或いは測定管 径が大である場合には枠と結合されている。台形部分は、流動方向に先細にテー パを成す横断面と、流れの固定的な剥離点（放出点）で制限された長さｌ₁とに よって構成される。 この台形部分が唯一のバッフル体として使用されるならば、該台形部分は、レ イノルズ数Ｒｅ＝２０，０００より上位に一定のストルーハル数範囲を有し、か つσ＞２％のばらつきを有することになる。このばらつきの原因は、その後縁で 交互に形成される渦がすでに成長段階で影響を受けるので不規則な剥離が生じる ためである。 それ故に本発明の渦流量計では、台形部分の後縁と結合された後流側部分が設 けられており、該後流側部分の横断面は流動方向に均等にテーパを成し、要する に１つの三角形の形状の横断面を有している。この連続的な均等な横断面経過は 、渦剥離を相互に妨害させないための決定的なファクタである。それというのは 、これによって後流側部分の側縁に沿って渦が形成されるからである。後流側部 分の後縁の周辺で渦が規定の大きさに達すると、交互剥離を安定化させる同期流 が生じる。 本発明では渦発生振動数は、截頭後縁を有するバッフル体の場合よりも、専ら 流速もしくは体積流に著しく関連している。それというのは前記方程式（１）〜 （５）による本発明の寸法算定に基づいて、渦発生振動数をもって揺振する同期 流が、後縁周辺に生じるからである。 従って、直線的な測定範囲の拡張と測定精度の向上という問題に関連して、体 積流量−渦発生振動数の特性が実質的に著しく改善される。 本発明によってバッフル体を設計する場合、ストルーハル数を検出する精度を 改善する算定モデルを呈示することが可能であり、該算定モデルは、三次元的な 流れプロフィルと、これによって決定されるｚ軸方向の渦の幾何学形状の変化と を考慮して、バッフル体における渦形成面を算定することを基礎としている。ス トルーハル数Ｓを算定するための方程式は次の通りである： Ｓ＝１．７２３・（ｂ₁／Ｄ）^1.29・ｅｘｐ［−０． ２８２・ｌ₂（１−０．５・ｂ₃／ｂ₁）／ｂ₁］ （６） これによってストルーハル数は誤差≦２．５％で算出することができる。 本発明によって得られる一定のストルーハル数範囲の拡張及び渦発生振動数ば らつきの減少並びにストルーハル数算定の可能性に基づいて渦流量計の使用帯域 は著しく拡大される。 ［図面の簡単な説明］ 図１は本発明によるバッフル体の横断面図（ａ）と 測定管内における前記バッフル体の配置概略図（ｂ）である。 第２図はバッフル体の幾何学的な特定量を示す図である。 第３図は冒頭で述べた従来技術のバッフル体の横断面図である。 ［発明を実施するための最良の形態］ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。 図１では、内径Ｄを有する測定管２内に配置されたバッフル体１が図示されて いる。図１ａではｘ−ｙ軸平面が、また図１ｂではｙ−ｚ軸平面が図示されてい る。図１から判るようにバッフル体１の高さ（＝ｚ軸方向の寸法）は、管壁とバ ッフル体とがギャップなしに接触するように設計されている。測定管の内径Ｄ＞ １００ｍｍの場合、バッフル体は、該バッフル体の頭部側と足部側がギャップな しに枠と締結するように、１つの枠内に配置されているのが有利である。この枠 構造は完全に流体の流れ内に配置されていなければならない。 図２に示した、台形部分１１と三角形横断面を有する後流側部分１２とから成 るバッフル体１は、幾何学的な特定量すなわち前記台形部分１１の流動方向の長 さｌ₁、三角形断面の後流側部分１２の流動方向の長さｌ₂、前記台形部分１１の 上流側の基底幅ｂ₁、該台形部分の下流側の基底幅ｂ₂及び三角形断面の後流側 部分１２の基底幅ｂ₃を有している。 前記寸法が前記方程式の限度範囲内で選ばれる場合には、完全に形成された軸 対称流動プロフィルの乱流内に、７，５００＜Ｒｅ＜３５０，０００のレイノズ ル数範囲にわたって一定のストルーハル数範囲が得られる。この一定のストルー ハル数範囲では、乱流に起因した渦発生振動数ｆのばらつきσは、０．７５％よ りも小である。 図２において点描された梨地模様の面３は、ストルーハル数の前記算出に基づ く渦形成面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．バッフル体を備えた渦流量計において、バッフル体（ｌ）が、直径方向で 対向し合った部位で、流体の通流する内径（Ｄ）を有する測定管（２）の内壁と 固着結合されているか、又は該測定管内に挿嵌された枠内に固着されており、 前記バッフル体（ｌ）が、流動方向の長さ（ｌ₁）と上流側の基底幅（ｂ₁）と 下流側の基底幅（ｂ₂）とを有する上流側の扁平な台形部分（１１）と、該台形 部分にギャップなしに接続していて流動方向の長さ（ｌ₂）と基底幅（ｂ₃）とを 有する三角形断面形状の後流側部分（１２）とから成る、複合体として構成され ており、 この場合次の寸法算定方程式： ０．１≦ｂ₁／Ｄ ≦０．３５ （１） ０．６≦ｂ₂／ｂ₁≦０．９５ （２） ０．１≦ｌ₁／ｂ₁≦０．２ （３） ０．７５≦ｌ₂／ｂ₁≦１．５ （４） ０．５・ｂ₂／ｂ₁≦ｂ₃／ｂ₁≦ｂ₂／ｂ₁ （５） が当て嵌まることを特徴とする、バッフル体を備えた渦流量計。 ２．渦発生振動数センサが後流側部分（１２）に一体に組込まれている、請求 項１記載の渦流量計。 ３．渦発生振動数センサが、流体の流過する後流側部 分の側面に、該側面の表面に対して同一平面になるように組込まれている、請求 項２記載の渦流量計。 ４．圧電式撓み振動子が渦発生振動数センサとして構成されており、かつ後流 側部分は、渦が該後流側部分の運動を発生させるように台形部分に固定されてい る、請求項２記載の渦流量計。