JPH09510547A - 成形パイプを含む渦式流体メータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 最大内径（Ｄ）を有しかつ内側断面が、下流側に沿って内径を値（Ｄ1）まで次第に縮径しかつ全体的な流体流の方向に沿って連続的に角度が変化する内壁（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を有する第１部分（４）と、一定径（Ｄ1）を有しかつ振動する流体渦を形成する少なくとも１の障害物（８）内包する第２部分（６）と、ダクト（２）の内径を初期値（Ｄ）に戻して第２ダクト部（６）の下流側端部（６ａ）で流体の境界層の分離させる第３ダクト部（２０）とからなる流体流通ダクト（２）と、渦振動信号を検出し、これから流体容積あるいは流速を導き出す組立体（１０，１２，１４，１６，１８，２００−２２１）とを含む渦式流体メータ。

Description

【発明の詳細な説明】 成形パイプを含む渦式流体メータ 本発明は、振動する（oscillating）流体渦を形成し、低レイノルズ数のほぼ 一定のストルーハル数の形成に適した少なくとも１の障害物を含む渦式流体メー タに関する。 渦式流体メータすなわち流量計は、広く知られており、通常はパイプを備え、 容積及び／又は流速を測定される流体がこのパイプに沿って流れる。障害物がパ イプの内側で流体流内に配置され、この障害物に流体流が当たったときに、渦が 形成され、これらの渦は振動する態様で障害物から離れる。この種のメータは、 これらの振動から流体の容積を測定するための手段を備えている。通常は、これ らの手段は障害物上にある。この形式のメータにおける流体容積測定の原理は、 渦の振動数がパイプ内の流体の速度にほぼ比例するという事実に基づくものであ り、上述の手段は、上記の渦の振動に対応する信号を検出する。この信号は、例 えば差圧であってもよい。 渦式流体メータの目的は、広範囲のレイノルズ数に対してパイプを流れる流体 の流速あるいは容積を正確かつ信頼できる態様で測定することである。 このために、ストルーハル数（流体速度に対する、障害物径と振動数との積の 比）は、種々のレイノルズ数（流体の動粘度に対する、流体速度とパイプ径との 比）に対して一定でなければならない。 この分野における最近の研究は、最適化された障害物の形状と径とを有する渦 式流体メータに向けられており、例えば２６００００のオーダーのレイノルズ数 の高レイノルズ数に対しては全体的に満足できるものである。 一方、例えば３００００のオーダーのレイノルズ数である低レイノルズ数の場 合は、流れが次第に層状となり、渦の性質が変化する。このため、流体メータの 較正曲線は低レイノルズ数に対しては直線状とならない。 英国特許ＧＢ−Ａ−２１４７２５は、ベンチュリパイプおよびこのベンチュリ パイプのスロート部に配置された振動渦を形成する障害物と、この障害物の下流 側の渦の存在を検出するための手段とを備える渦式流体メータを開示する。 この流体メータは、ベンチュリパイプのスロート部でレイノルズ数を３０％増 大するが、しかし、ベンチュリパイプの拡大部は８°よりも小さな比較的小さい 角度で広がり、これにより、流体流の境界層は、拡大部の壁部から分離せず、流 体を再循環させ、水頭損失を増大する可能性がある。 上記特許に記載のパイプ径とすると、水頭損失の増大が望まれていないことは 明らかである。 パイプの構造により、このパイプの拡大部の流体圧力は、次第に変化し、障害 物から離れた渦は形状が変化し、ストルーハル数が変化する。 英国特許ＧＢ−Ａ−２１４７２５に記載の流体メータは極めて長く、コンパク トなメータであることが必要な特定の環境で使用するためには、この点が不都合 である。 本発明は、ストルーハル数が低レイノルズ数の流体のときにほぼ一定で、更に、 高レイノルズ数の流体のときにもほぼ一定で、広範囲のレイノルズ数に対して上 記メータの動作を改善する渦式流体メータを提供することにより、これらの不都 合を解消することを目的とする。 本発明の渦式流体メータは、 一定の内径Ｄに形成されて内部を流体が流れるパイプと、 この流体流の中央に配置されて流体流に、振動する渦を形成する少なくとも１ の障害物とを備え、この障害物は長手方向寸法Ｄ1および流体流の方向に垂直な 横方向寸法ｄの長尺の全体形状を有し、更に、 前記渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体の容積を導く手段を備え る渦式流体メータであって、前記パイプは上流側端部から下流側端部に内側成形 部を備え、この成形部は、パイプの内径が値Ｄ1まで次第に減少しかつ流体流の 全体の長手の方向に対して連続的に角度が変化する内壁を有する第１パイプ部を 有し、この角度はこの第１パイプ部の径がそれぞれＤおよびＤ1である位置でゼ ロの値を有し、更に、障害物が配置される一定の径Ｄ1の第２パイプ部と、パイ プの内径がその原寸法値Ｄに戻りかつ第２パイプ部の下流側端部で流体流の境界 層を分離する第３パイプ部とを有することを特徴とする。 本願出願人は、第２パイプ部の下流側端部で流体流の境界層が急激に分離する ことにより、この端部で圧力が上昇し、この作用で、第２パイプ部の障害物から 分離した渦を閉じ込められ、渦が一定のサイズに保持されることを、全く予期せ ずに見出した。 圧力上昇を生じさせるためには、正確に、境界層が第２パイプ部の下流側端部 で分離することが特に重要である。 これにより、低レイノルズ数の流体流については、渦振動数が流体速度に直接 的に比例し、これによりストルーハル数がほぼ一定となる。 したがって、流体メータの線形性が低レイノルズ数で大きく改善される。 本発明の特徴によると、第３パイプ部は、第２パイプ部の下流側端部に対応す る上流側端部に、シャープエッジ部を有し、更に、このシャープエッジ部の下流 側に、流体流の方向に対して９°から２０°の範囲にある一定角度の内壁を有す る。 この角度は、１０°から１５°の範囲であるのが好ましい。 本発明の他の特徴によると、第３パイプ部は、第２パイプ部の下流側端部に対 応する上流側端部に、外径Ｄ1と、このＤ1よりも小径の内径Ｄ2と、シャープエ ッジ部を形成する内側縁部とを有するフランジを備える。 本発明の他の特徴によると、フランジは、第２パイプ部の径Ｄ1の２％から５ ％の範囲の長手方向寸法（Ｄ1−Ｄ2）／２を有する。 本発明の他の特徴によると、パイプの対称軸を含む平面内で、フランジは均等 でかつ三角形状の局所断面（local cross-section）を有し、この三角の頂部は このフランジの局所内側縁部を形成する。 第１パイプ部は、シャープエッジ部を有せず、流体流の境界層が絞り部の入口 で分離し、これにより流体流したがって流体渦の振動に外乱を生じさせるのを防 止することが望ましい。 第１パイプ部の内部形状として種々の形状を試み、良好な結果を得た。 例えば、第１パイプ部の内壁が有する内側局所形状は、パイプの対称軸を含む 平面内で、上流側から下流側の方向に沿い、それぞれの凹状側が反対方向に向く ２つの連続した円弧により形成され、これらの円弧の半径ｒおよびＲが、 ｒ＝（ａ²＋ｂ²）／２ｂ（μ＋１） ここに ａ＝√（ｂ［２（Ｒ＋ｒ）−ｂ］） ｂ＝（Ｄ−Ｄ1）／２ μ＝Ｒ／ｒ の式に対応する。 第１パイプ部の内壁は、正弦波曲線の一部により、パイプの対称軸を含む平面 内に形成された内部局所形状を有することができる。 本発明の他の特徴によると、 第２パイプ部の径Ｄ1は、原寸法の径Ｄの６０％から９０％の範囲にあり、 この径Ｄ1は、原寸法の径Ｄの７０％から８０％の範囲にあるのが好ましく、 障害物は第１パイプ部から、０．５Ｄ1からＤ1の範囲の距離にあり、 第２パイプ部は、径Ｄ1の１．５倍から３倍の範囲の長さを有し、 比ｄ／Ｄ1は、０．１５から０．３０の範囲にあり、 渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体量を導き出す手段が、障害物 に取り付けられ、 この障害物は、互いに平行で流体流の方向に垂直な上流側および下流側面と、 ２つの対称的な横面とを有し、これにより、障害物の断面は、基部が上流側にあ る台形状であり、 渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体量を導き出す手段は、２つの 平行な主長手方向通路を備え、この主長手方向通路は、障害物の横面に垂直な方 向に接続する均等に配分された第２通路と共に障害物の横面の近部で障害物内に 対称的に配置され、更に、主通路と電子回路とに接続されて検出した信号から流 体容積を導き出すためのセンサを備え、 渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体量を導き出す手段は、障害物 の下流側流体流の中央部で第２パイプ部内に配置されたプレートを備え、このプ レートは、流体流の方向に対して垂直な長手方向寸法ｈと、流体流の方向に平行 な２つの大きい横面と小さい上流側および下流側面とで形成された矩形断面と、 この上流側面の近部でプレート内の２つの平行な長手方向主通路とを有し、これ らの主通路のそれぞれが、複数の均等に配分された垂直な第２通路により前記横 面の１にのみ接続され、更に、主通路と電子回路とに接続されてこの検出した信 号から流体容積を導き出すセンサを備え、 このプレートの上流側面は、障害物の横方向寸法ｄの０．１倍から０．４倍の 範囲の横方向寸法を有し、 プレートの上流側面は、障害物の上流側面から、３ｄから７ｄの範囲の距離に あり、 主通路は、プレートの上流側面の横方向寸法よりも僅かに小さい径を有し、こ れらの主通路は流体流の方向に沿って互いにオフセットしている。 他の特徴および利点は、添付の図面を参照する非限定的な例示のみの以下の説 明から明らかとなり、ここで、 第１図は、本発明による渦式ガスメータを、パイプの対称軸を含む平面で断面 とした概略図であり、 第２図は、パイプの対称軸を含みかつ第１図の平面に垂直な平面で断面とした 第１図のメータの概略図であり、 第３ａ図から第３ｃ図は、本発明のメータにおける第１パイプ部の種々の実施 例をパイプの対称軸を含む平面で断面とした部分的な概略図であり、 第３ｄ図は、第３ａ図から第３ｃ図に示す第１パイプ部の壁部の他の実施例を 示し、 第４図は、第１図および第２図に示す渦式ガスメータの障害物の概略的な斜視 図であり、 第５図は、パイプの対称軸を含む平面で断面とした本発明による渦式ガスメー タの他の実施例の概略図であり、 第６図は、第５図の平面に垂直な平面における第５図に示すメータの概略図で あり、 第７図は、第５図および第６図に示す渦式ガスメータのプレート１４の概略的 な斜視図であり、 第８図は、パイプの対称軸に垂直な平面で断面とした本発明の渦式ガスメータ の第３パイプ部の他の実施例の図であり、 第９図は、パイプの対称軸を含む平面で断面とした第８図に示す第３パイプ部 の概略的な部分図であり、 第１０図は、本発明の渦式ガスメータ（Ａ）および従来技術の渦式ガスメータ （Ｂ）のそれぞれのキャリブレーションカーブを示すグラフであり、 第１１図は、差圧の検出からガス容積を測定するための電子回路の簡略化した 回路図であり、 第１２図は、第１１図に使用するピーク検出器を示し、 第１３図は、第１２図のピーク検出器により、１のピーク上におけるピーク検 出動作を示し、 第１４図は、第１２図のピーク検出器の入力および出力におけるそれぞれの信 号の代表例を示す。 第１図、第２図、第５図および第６図に示すように、本発明の渦式流体メータ １は、低レイノルズ数即ち約３３０００より少なく、１６５００程度のレイノル ズ数のガス量を測定するのに適したガスメータである。この種のメータは、パイ プ部２を含み、この内部を、容積を測定すべきガスが流れる。第１図、第２図、 第５図および第６図に示すように、パイプ部２は最大内径Ｄを備え、更に、上流 側から下流側に沿ってそれぞれ異なる技術的特徴を有する３つの連続したパイプ 部を有する内側成形部を備える。 第１パイプ部４は、パイプ２の最大内径Ｄを、成形壁４ａにより内径Ｄ1まで 次第に減少する。 この成形壁は、壁部が角度ゼロで最大径Ｄのパイプ２と交差する交差部から、 壁部が角度ゼロで径Ｄ1の第２パイプ部と交差する交差部まで、ガス流の全体の 方向に対して、角度が連続的に変化する。 これは、ガス流がメータに入る際に、シャープエッジ部に当たらず、このため 乱流の形成により乱されないため、極めて有益である。したがって、ガス流は径 Ｄ1の第２パイプ部内で加速され、低ガス速度に対して乱流に近い流れの状態を 形成する。第１パイプ部４は、例えば第３ａ図に示す成形壁４ａを有してもよい 。 この図は、パイプの対称軸を含む平面内したがってガス流の方向に対して平行 な第１パイプ部４の部分を示す。これは、局所内側形状が、上流側から下流側の 方向に沿い、凹状側が反対方向を向きかつ一点で結合する２つの連続する円弧に より形成されていることを示す。第１円弧は、中心Ａで半径ｒ第１円に対応し、 接点Ｃ1で径Ｄのパイプに対して接線方向にある。第２円弧は、第１円弧に点Ｃ2 で結合され、点Ｃ3で径Ｄ1の第２パイプ部に対して接線方向にある。第２円弧は 、中心Ｂで半径Ｒの第２円に対応する。 ２つの円弧が点Ｃ2で交わるための条件は、 （ｒ＋Ｒ）²＝ａ²＋（Ｒ＋ｃ）² （１） ｃ＝ｒ−ｂであるから ａ＝√（ｂ［２（Ｒ＋ｒ）−ｂ］） （２） 式（２）を二乗することにより ｒ＝（ａ²＋ｂ²）／２ｂ（μ＋１） （３） ここで ｂ＝（Ｄ−Ｄ1）／２ μ＝Ｒ／ｒ 円所半径ｒ，Ｒにしたがって、固定径Ｄ，Ｄ1に対して第１パイプ部４の壁部 は所要の形状とすることができる。 Ｄ1をＤの７２％に等しく形成することにより、ｒ＝Ｒに対して、第３ｂ図に 示す成形壁部４ｂが得られ、一方、Ｒ＝１．７５ｒに対して成形壁４ｃは第３ｃ 図に示す形状に形成される。 第３ｄ図に示す本発明の実施例では、第１パイプ部４の壁部４ｄは、パイプの 対称軸を含む平面内に、正弦曲線の一部の形態の局所内側形状を有する。 第１パイプ部の下流側で、パイプ２の内側形状は、その長さを通じて一定径Ｄ 1を有する上述の第２パイプ部６で限定される。 第２パイプ部６の小さい径Ｄ1は、このパイプの原寸法最大径の６０％から９ ０％の範囲にある。 Ｄ1がＤの６０％よりも小さいときは、水頭損失が大きすぎ、周波数が高すぎ て測定できない。 Ｄ1がＤの９０％よりも大きいと、ガス流は十分加速されない。 径Ｄ1は、原寸法径Ｄの７０％から８０％の範囲にあるのが好ましい。 例えば、径Ｄ1は原寸法径Ｄの７２％である。 本発明の渦式ガスメータ１は、径Ｄ1の第２部分６に障害物８を有する。この 障害物８はガス流の中央に配置され、この障害物にガス流が当たったときに、渦 が形成され、この障害物から振動する態様で離隔する。 第１図，第２図，第４図，第５図および第６図に示す障害物８は、その高さに 等しくかつパイプ２内のガス流の方向に垂直な長手方向寸法Ｄ1を持つ長い形状 を有する。障害物８は、その幅に等しい横方向寸法ｄを有し、第２図の平面に平 行な全ての平面内でほぼ均等な断面を有し、種々の形状をとることができる。 比ｄ／Ｄ1は０．１５から０．３の範囲にあるのが有益である。例えば、これ は０．２３にひとしい。ｄ／Ｄ1が０．３よりも大きいと、振動作用は減少する 。反対に、ｄ／Ｄ1が０．１５よりも小さいときは、障害物の長手方向寸法の全 体に沿ってコヒーレントな状態ではなくなる。 上述の図面に示すように、障害物８はそれぞれ平面状でかつ互いに平行な上流 側面８ａと下流側面８ｂとを有し、この上流側面８ａは下流側面８ｂよりも大き い。これらの面の双方の平面はガス流の方向に対して垂直である。 障害物８は、更に上流側面８ａに対して一定角度の２つの対称的な横面８ｃ， ８ｄを有し、したがって、この障害物の横断面は基部を上流側に向けた台形状形 状である。 第２パイプ部６では、障害物８は、第１パイプ部４の近部に配置され、その下 流側に渦を形成するための十分なスペースを形成し、より詳細には、障害物８の 上流側面８ａは、第１パイプ部４から、０．５Ｄ1からＤ1の範囲の距離にある。 この距離が０．５Ｄ1よりも短いと、障害物に達するガス流の分布は安定化し ない。 同様に、この距離がＤ1よりも長いと、ガス流の速度分布は境界層を形成し、 この境界層は振動する主渦を乱す強い二次渦を形成し、ガスメータをコンパクト にすることができない。 例えば障害物８の上流側面８ａは、第１パイプ部４から、０．６Ｄ1に等しい 距離にある。 ガス流の方向に沿って前後に配置される複数の同一あるいは異なる形状の障害 物を、単一の障害物に代えて用いることができる。 第２パイプ部６の長さは、径Ｄ1の１．５倍から３倍の範囲にあり、ガスメー タを極めてコンパクトにし、渦を形成するための十分なスペースを形成する。 この長さは、例えば径Ｄ1の２倍である。 本発明によると、渦式ガスメータ１は、障害物８で形成された渦の振動に対応 する信号を検出し、これからガスの容積を導き出す手段を含む。当業者であれば 、この信号の検出から直接ガス流速を導き出す方法を理解している。これらの手 段は、第２図から第４図に示すように障害物８に取り付けることができる。 これらの図は、渦の振動に対応する信号を検出し、これらかガスの容積を導き 出す手段が、障害物８の長手方向に沿い、その側壁８ｃ，８ｄの近部に延びる２ つの平行な主通路１０，１２を備えていることを示す。これらの通路１０，１２ は、パイプ２の対称軸を含む中央平面に対して対称的であり、障害物８の横断面 を含む平面に垂直である。この手段は更に、例えば主通路毎に３つである複数の 二次通路１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよび１２ａ，１２ｂ，１２ｃを含み、これら の通路は主通路１０，１２の長手方向に沿って均等で主通路に垂直である。これ らの二次通路は、主通路を障害物８の面８ｃ，８ｄに接続する。二次通路１０ａ ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂの径は、主通路の径とほぼ等しい。各主通路１０，１ ２は例えば熱センサ（図示しない）に接続され、渦の分離による主通路間の差圧 を検出する。 これに代え、圧力センサを使用することもできる。 第１１図は、簡略化した電子回路のブロック線図を示し、この電子回路は、セ ンサ２０１による差圧の検出に続いて、ピークディテクタ組立体２０３の入力時 に、増幅手段２０２に交流信号を送り、このピークディテクタにより、各パルス がガスの単位容積を表すパルス信号にこの交流信号を変換し、そして、カウンタ ２０４を用いてパルス数を計数し、ガス容積を得るものである。 第１２図に示すように、ピークディテクタ２０３は、例えば抵抗器２１１とコ ンデンサ２１２とを有するアンプ２１０と、互いに逆に向けて平行に接続された ２つのダイオード２２０，２２１を含むしきい値装置２１３と、メモリ機能を形 成するキャパシタ２１４と、差圧増幅器２１５と、抵抗器２１６，２１７とを備 える。各ダイオード２２０，２２１は、電界効果型トランジスタ接合とすること ができる。 アンプ２１０と抵抗器２１１とキャパシタ２１２とは、キャパシタ２１４の入 力時に信号を分離する。各ダイオードは自身のしきい値を有し、導通（オン）時 に電圧降下を示す。ポイント２１８における信号の大きさがダイオード２２０の しきい値より上に上昇すると、ダイオードが作動し、ダイオード２２０の電圧降 下より小さいポイント２１８における電圧の値がキャパシタ２１４に記憶される 。作動増幅器２１５は、ポイント２１８における電圧をキャパシタ２１４を横切 る電圧に比較し、ポイント２１８における電圧がキャパシタ２１４を横切る電圧 よりも大きいときに高信号（high signal）を出力する。 ピークに到達し、信号の大きさが低下すると、ポイント２１８における信号の 値とキャパシタ２１４に蓄えられた信号の値との間の差が、ダイオード２２０の しきい値よりも低下し、ダイオード２２０がオフされる。これはキャパシタ２１ ４に記憶された信号の値を固定する。ポイント２１８における信号の大きさが、 キャパシタ２１４に蓄えられた信号の値よりも低下すると、増幅器２１５は、ピ ークが発生したことを示す低信号（low signal）を供給する。信号の値が、キャ パシタ２１４に蓄えられた信号の値よりも、ダイオード２２１のしきい値に対応 する大きさだけ低下すると、このダイオードが作動をオンされ、キャパシタ２１ ４に蓄えられた信号の値が低下し、ポイント２１８における信号の値はダイオー ド２２１の電圧降下により低下される。負のピークに到達しかつ通過すると、ダ イオード２２１が再度作動をオフにされ、増幅器２１５は、キャパシタ２１４に 蓄えられた信号の値よりもポイント２１８における信号が上昇したときに、状態 の変更を示す。 第１３図は、ポイント２１８における第１信号の電圧の変化（曲線２５０）と 、キャパシタ電圧の変化（曲線２５１）とを示す。キャパシタ電圧２５１は、最 初は、ダイオード２２０の電圧降下に対応する値Ｖｄよりも低い電圧信号２５０ に等しく、増幅器２１５は高信号を供給する。時間ｔ0でピークに達し、電圧信 号２５０がダイオード２２０のしきい値より降下したときに、キャパシタ電圧 ２５１が固定される。時間ｔ1で、電圧信号２５０がキャパシタに蓄えられた電 圧２５１よりも降下し、増幅器２１５の出力が低信号を供給する。時間ｔ2で、 電圧信号２５０とキャパシタに蓄えられた電圧との差が、ダイオード２２１のし きい値よりも大きく、キャパシタ電圧は、第１信号の電圧に追従（track）する 。 第１４図は、代表的な入力信号と比較した第１２図の回路の出力信号を示す。 入力信号は、正弦波信号とみなすことができ、高周波ではあるが低振幅のノイズ が高振幅のノイズに重ね合わされ、信号の振幅に大きな変化を生じさせている。 これらの変化に係わらず、各正のピーク２４０あるいは各負のピーク２４１にお ける入力信号の方向の変化は、出力信号の方向の変化でマークされる。出力信号 は、カウンタ２０４によりパルス数したがってガスの容積を伝えるために用いる ことができる。２つのパルス間の時間を知ることで、ガスの流速値を極めて簡単 に得ることができる。 第５図から第７図に示す本発明の実施例では、渦の振動に対応した信号を検出 し、これからガスの容積を導く手段は、障害物８の下流側にあり、第２パイプ部 内でガス流の中央にプレート部材１４を備える。このプレート１４は、その高さ ｈに対応しかつガス流の方向に垂直な長手方向寸法Ｄ1を有する。このプレート １４は、ガス流の方向に平行でその横面と称される２つの平行な大きい面１４ａ ，１４ｂと、これらの大きい面に垂直でそれぞれ上流側面１４ｃおよび下流側面 １４ｄと称される２つの平行な小さい面１４ｃ，１４ｄを有する。プレート１４ の上流側面１４ｃは、障害物８の上流側面８ａから、３ｄから７ｄの範囲内の所 定距離にある。第５図および第７図に示すように、プレート１４の横断面は矩形 である。このプレート１４の形状が有益であり、これは、シャープエッジ部で障 害物を形成し、先縁部とも称される乱流の領域を形成する上流側面１４ｃに接触 するガス流を分離させ、横面１４ａ，１４ｂに交互に渦の衝撃を与え、形成され る信号を改善するためである。２つの平行な主通路１６，１８は、上流側面１４ ｃの近部でプレート１４を通して長手方向に延びる。これらの通路１６，１８は 、その上側部からプレート１４内に、このプレートの高さｈよりも短い距離延び る。複数の二次通路１６ａ，１６ｂ，１６ｃおよび１８ａ，１８ｂ，１８ｃは主 通路１６，１８の長手方向寸法に沿って均等に配分され、主通路のそれぞれを、 プレ ート１４の横面１４ａ，１４ｂの一方にのみ垂直に接続する。 例えば、各主通路１６（１８）はプレート１４の１の横面１４ａ（１４ｂ）に 、径が主通路の径にほぼ等しい３つの二次通路１６ａ，１６ｂ，１６ｃ（１８ａ ，１８ｂ，１８ｃ）で接続される。２つの主通路１６，１８は、例えば熱センサ （図示しない）に接続され、このセンサは渦の分離により通路内に誘因された差 圧により流れを検出する。上流側面１４ｃの横方向寸法（はば）は、０．１ｄか ら０．４ｄの範囲にある。これは例えば０．２５ｄに等しい。 主通路１６，１８の径は、プレート１４の幅よりも僅かに少なく、これらの通 路は互いにガス流の方向に沿って互いにオフセットし、プレート１４の先縁部に 可能か限り近接し、信号から最適の情報を回収する。 この実施例は、このようにプレートから得られる信号が障害物から得られるも のより大きい点で有益である。 通路は、更に、信号に伴う全てのノイズをろ過し、これは、通路内のガス作用 の粘性力によるものであり、これにより、信号／ノイズ比が改善される。 図示しない本発明の他の実施例では、渦の振動に対応する信号を検出し、これ からガス容積を導き出す手段は、第２パイプ部内で障害物８の下流側に配置され 手、この第２パイプ部の壁部の径方向に対向したポイントに取り付けられた（こ の実施例では、上述のようにプレートのために、必要がない）２つの超音波トラ ンスジューサを備える。１のトランスジューサは、渦の振動で変調された超音波 信号を出力し、この信号は他のトランスジューサでピックアップされ、復調して これから振動数、したがってガスの流速および容積を導き出す。 本発明によれば、渦式ガスメータ１は、更に、一定径Ｄ1の第２パイプ部６の 下流側端部６ａに第３パイプ部２０を含む。第３パイプ部２０はパイプ２の内径 をその原寸法値Ｄに戻す。第２パイプ部６の下流側端部６ａでガス流の境界層を 分離させることができる。 第１，第２パイプ部４，６の湾曲した交差部とは異なり、第３パイプ部２０の 上流側端部にシャープエッジ部２０ａがあり、これは第２パイプ部の下流側端部 ６ａに一致する（第１図，第２図，第５図および第６図参照）。 第３パイプ部２０は、ガス流の方向に対して一定角度αでシャープエッジ部 ２０ａから最大径Ｄのパイプ部に延びる截頭円錐状壁部２０ｂを有する。この角 度αは、通常は９°から２０°の範囲にある。 角度αは、１０°から１５°の 範囲にあるのが好ましい。例えば１０．７８°に等しい。 振動渦が形成される直管状パイプ部６の後で、所定角度でパイプが急激に拡大 するため、ガスの速度が減少され、圧力が増大する。本願出願人は、本発明のこ の特徴が、シャープエッジ部２０ａの下流側でガス流を分離させ、第２パイプ部 ６からの出口に圧力バリヤを形成することを見出した。この圧力バリヤの作用は 、第２パイプ部６内にガス渦を制限し、したがって渦のサイズが同じに維持され 、特にガス流の低レイノルズ数に対してストルーハル数が一定で、これにより振 動数がガスの速度に直接的に比例する。第３パイプ部２０の拡径角度は受入可能 な圧力を得るために十分注意して選択する必要がある。拡径角度が２０°よりも 大きいと、強力なガスの再循環を生じさせ、これによるガス速度の変化が乱流を を増大し、渦のサイズを一定に保持するための効果的な圧力バリヤを形成しない 。 ９°より小さな拡径角度では、第３パイプ部２０に沿って圧力が次第に上昇し 、渦のサイズを十分に制御しない。この点で本願発明と異なり、ベンチュリパイ プの広がり部では、広がり角度は連続的に変化し、その局所値は８°より小さく 圧力を次第に変化可能とし、水頭損失の原因であるガス境界層の分離を防止する 。 第８図および第９図に示す本発明の実施例では、第３パイプ部２０は、第２パ イプ部の下流側端部６ａに一致する上流側端部に、フランジ２２を有する。 このフランジ２２は、第２パイプ部６と第３パイプ部２０との間で固定され、 Ｄ1よりも小さな内径Ｄ2の部位に、シャープエッジ部を形成する内側縁部２２ａ を有し、このフランジの外径はＤ1に等しい。 第８図に示すように、ガス流の方向に垂直な平面内で、フランジ２２は環状で ある。フランジ２２のシャープエッジ部２２ａが、境界層を分離させ、局所圧力 上昇を形成し、この圧力上昇で第２パイプ部６の内側にガス渦を保持するために は、このフランジ２２の長手方向寸法（Ｄ1−Ｄ2）／２、あるいは、その高さは 、第２パイプ部６の径Ｄ1の２％から５％の範囲にあることが必要である。この 径が径Ｄ1の２％よりも小さい場合は、境界層が分離する領域は小さすぎ、第２ パイプ部６の下流側端部６ａに効果的な圧力上昇を形成することができない。 一方、この径が径Ｄ1の５％よりも大きい場合は、分離領域は極めて大きく、こ れは信号の再現性を乱す不安定な圧力増加の領域を生じさせる。パイプの対称軸 を含む平面内で、フランジ２２は局所断面を有し、これは例えば三角形状で、そ の頂部がこの平面内で前記フランジの内側縁部２２ａを形成する。第９図に示す ように、フランジ２２の上側局所断面の形状は、三角形で底部に頂部を有する。 フランジの下側局所断面の形状（第９図に示してない）は、パイプの対称軸の回 りで対称である。 本発明のこの実施例では、第３パイプ部２０の内側壁部２０ｃは、ガス流の方 向に対して一定角度であることは必要ない。 本発明の渦式流体メータは、更に、コンパクトである利点を有し、従来のメー タよりも短い。 本発明の渦式流体メータが従来技術のメータよりも優れていることを示すため に、本願出願人は、試験を行い、その結果を第１０図に示す。 これらの試験は、２つの渦式ガスメータで連続して行い、第１の従来技術のメ ータは、径Ｄ＝１００mmの直管状ガス流パイプと、渦を形成する台形状横断面を 有する障害物と、渦の振動に対応する信号を検出しかつこれからガスの容積を導 き出す手段とを備える。障害物および上述の手段は、第１図，第２図および第４ 図の説明で記載したものと同様なものである。 本発明によるメータである第２のダイスメータは第１図，第２図および第４図 に示すものである。 試験は、レイノルズ数が９３００から８４００の範囲に対応する５０ｍ³／ｈ から４５０ｍ³／ｈの範囲の流量に対する較正メータに対する各メータを通して 流れるガスの容積を測定する際の相対誤差を記録して考察した。 第１０図は、各メータのレイノルズ数の機能としての相対誤差の割合を示し、 曲線Ａ，Ｂは、それぞれ本発明のメータおよび従来技術のメータに対する較正曲 線である。したがって、これらの曲線は、本発明のガスメータは、低レイノルズ 数において極めて大きく改善された線形性を有することを明瞭に示す。 本発明のガスメータは、３３０００より下で１６５００までのレイノルズ数に 対して良好な線形性を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 最大内径Ｄを有して内部を流体が流れるパイプ（２）と、 この流体流の中央に配置され、流体に、振動する渦を形成する少なくとも１の 障害物（８）とを備え、この障害物（８）は長手方向寸法Ｄ1および流体流の方 向に垂直な横方向寸法ｄのほぼ長尺の形状を有し、更に、 前記渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体の容積を導く手段（１０ ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１４，１６，１６ ａ，１６ｂ，１６ｃ，１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，２００−２２１）を備え る渦式流体メータであって、前記パイプ（２）は内側成形部を具備し、この成形 部は、上流側端部から下流側端部に沿い、パイプの内径が値Ｄ1まで次第に減少 しかつ流体流の全体の長手方向に対して連続的に角度が変化する内壁（４ａ，４ ｂ，４ｃ，４ｄ）を有する第１パイプ部（４）を備え、この角度はこの第１パイ プ部（４）の径がそれぞれＤおよびＤ1である位置でゼロの値を有し、更に、障 害物（８）が配置される一定の径Ｄ1の第２パイプ部（６）と、パイプ（２）の 内径がその原寸法値Ｄに戻りかつ第２パイプ部（６）の下流側端部（６ａ）にお ける流体流の境界層を分離する第３パイプ部（２０）とを備えることを特徴とす る渦式流体メータ。 ２． 第３パイプ部（２０）は、第２パイプ部（６）の下流側端部（６ａ）に対 応する上流側端部にシャープエッジ部（２０ａ）を有し、このシャープエッジ部 （２０ａ）の下流側に、流体流の方向に対して９°から２０°の範囲の一定角度 αの内壁（２０ｂ）を有することを特徴とする請求項１に記載の渦式流体メータ 。 ３． 角度αは、１０°から１５°の範囲にあるのが好ましいことを特徴とする 請求項２に記載の渦式流体メータ。 ４． 第３パイプ部（２０）は、第２パイプ部（６）の下流側端部（６ａ）に対 応する上流側端部に、外径Ｄ1と、Ｄ1よりも小さな内径Ｄ2と、シャープエッジ 部を形成する内側縁部（２２ａ）とを有することを特徴とする請求項１に記載の 渦式流体メータ。 ５． 前記フランジ（２２）は、第２パイプ部（６）の径Ｄ1の２％から６％の 範囲にある長手方向寸法（Ｄ1−Ｄ2）／２を有することを特徴とする請求項４に 記載の渦式流体メータ。 ６． パイプの対称軸を含む平面内で、フランジ（２２）は、均等で三角形状で 、この三角形の頂部がフランジの局所内側縁部（２２ａ）を形成する局所断面を 有することを特徴とする請求項４または５に記載の渦式流体メータ。 ７． 第１パイプ部（４）の内側壁部（４ａ，４ｂ，４ｃ）は、パイプの対称軸 を含む平面内で、上流側から下流側の方向に、それぞれの凹状側が反対方向に向 く２つの連続した円弧により形成され、これらの円弧の半径ｒおよびＲが、 ｒ＝（ａ²＋ｂ²）／２ｂ（μ＋１） ここに ａ＝√（ｂ［２（Ｒ＋ｒ）−ｂ］） ｂ＝（Ｄ−Ｄ1）／２ μ＝Ｒ／ｒ の式に対応することを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の渦式流体 メータ。 ８． 第１パイプ部（４）の内壁（４ｄ）は、パイプの対称軸を含む平面内で、 正弦曲線の一部により形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１ に記載の渦式流体メータ。 ９． 第２パイプ部（６）の径Ｄ1は、原寸法径Ｄの６０％から９０％の範囲に あるのが好ましことを特徴とする請求項１から８のいずれか１に記載の渦式流体 メータ。 １０． 径Ｄ1は、原寸法径Ｄの７０％から８０％の範囲にあるのが好ましい請 求項９に記載の渦式流体メータ。 １１． 第２パイプ部（６）は、径Ｄ1の１．５倍から３倍の長さを有すること を特徴とする請求項１から１０のいずれか１に記載の渦式流体メータ。 １２． 比ｄ／Ｄ1は、０．１５から０．３０の範囲にあることを特徴とする請 求項１から１１のいずれか１に記載の渦式流体メータ。 １３． 障害物（８）は、互いに平行でかつ流体流の方向に対して垂直な上流側 面（８ａ）および下流側面（８ｂ）と、２つの対称的な横面（８ｃ，８ｄ）とを 有し、これにより、障害物（８）の断面は台形状で、上流側にこの台形の基部が 配置されることを特徴とする請求項１に記載の渦式流体メータ。 １４． 障害物（８）の上流側面（８ａ）が、０．５Ｄ1からＤ1の範囲で第１パ イプ部から所定距離にあることを特徴とする請求項１または１３に記載の渦式流 体メータ。 １５． 渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体の容積を導き出す手段 は、障害物（８）に取り付けられることを特徴とする請求項１から１４のいずれ か１に記載の渦式流体メータ。 １６． 渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体の容積を導き出す手段 は、障害物（８）の横面（８ｃ，８ｄ）の近部でこの障害物内に対照的に配置さ れた２つの平行な主長手方向通路（１０，１２）およびこの横面（８ｃ，８ｄ） に垂直な方向に主通路（１０，１２）に接続する複数の均等に配分された二次通 路（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と、主通路（１０，１ ２）および検出信号から流体の容積を導き出す電子回路（２０２−２２１）に接 続されるセンサとを備えることを特徴とする請求項１５に記載の渦式流体メータ 。 １７． 渦の振動に対応する信号を検出し、これから流体の容積を導き出す手段 は、第２パイプ部（６）内で障害物の下流側の流体流の中央に配置されたプレー ト（１４）を備え、このプレート（１４）は、流体流の方向に垂直な長手方向寸 法Ｄ1と、流体流の方向に平行な２つの大きい横面（１４ａ，１４ｂ）と上流側 および下流側面（１４ｃ，１４ｄ）とで形成された横断面と、このプレート（１ ４）内で上流側面（１４ｃ）の近部の２つの平行な長手方向主通路（１６，１８ ）とを備え、この主通路のそれぞれは、複数の均等に配分された垂直な二次通路 （１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）により前記横面（１４ａ ，１４ｂ）の１にのみ接続され、更に、主通路（１６，１８）と検出した信号か ら流体の容積を導き出す電子回路（２０２−２２１）とに接続されるセンサを備 えることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１に記載の渦式流体メータ。 １８． プレート（１４）の上流側面（１４ｃ）は、障害物（８）の横方向寸法 ｄの０．１倍から０．４倍の範囲の横方向寸法を有することを特徴とする請求項 １７に記載の渦式流体メータ。 １９． プレート（１４）の上流側面（１４ｃ）は、障害物（８）の上流側面（ ８ａ）から、３ｄから７ｄの範囲の所定距離にあることを特徴とする請求項１３ または１７に記載の渦式流体メータ。 ２０． 主通路（１６，１８）は、プレート（１４）の上流側面（１４ｃ）の横 方向寸法よりも僅かに小さい寸法を有し、主通路（１６，１８）は、流体流の方 向に沿って互いにオフセットしていることを特徴とする請求項１７または１９に 記載の渦式流体メータ。 ２１． センサは熱センサであることを特徴とする請求項１６または１７に記載 の渦式流体メータ。 ２２． センサは圧力センサであることを特徴とする請求項１６または１７に記 載の渦式流体メータ。２３． 添付図面に記載され、および、添付図面を参照 して記載された渦式流体メータ。