JPS585614A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術水準 本発明は流体の流れの横断面に配置されていて磁石装置
によって励振される少なくとも１つの発生器を有してお
シ、この磁石装置が流体の流れにより生ずる振動の減衰
を補償する流量計に関する。

振動板を備えた流量計は例えばドイツ連邦共和国特許出
願公開第２５０１３８０号公報から既に公知である。し
かし公知の流量計は励振の為に高いエネルギーが必要で
ある。従って流量計を確実に動作させるには、大きなエ
ネルギーを取出せる外部電流源が必要である。これによ
シ必然的にエネルギー消費が高くなシ、この点は殊に多
数の流量計を作動させるときに無視できない。また公知
の装置は自動車に設ける場合にも、自動車のバッテリに
過剰な負荷となるので不利である。

発明の効果 本発明の特許請求の範囲第１項記載の構成を有する流量
計はこれに対し、僅かな振動エネルギーしか、つまりは
僅かな供給電流しか必要としないという利点をもつ。更
に有利な点は、比較的頑丈で耐衝撃性に富む構造にでき
ることである。また、測定信号源としてのコイルの内部
抵抗が小さいので、信号は妨害を受けにくい。

更に１本発明の流量計は小さく構成でき、また熱に関す
る問題も生じないので有利である。

実施態様項記載の構成によシ本発明の有利な実施例が実
現される。

特許請求の範囲第２項記載の構成により、流量計のケー
シングに僅かな振動エネルギーしか漏れなくなる。特許
請求の範囲第３項記載の構成によシ、振動子を極めて容
易に励振でき、また構造が頑丈で妨害を受は忙＜くなる
。特許請求の範囲第４項記載の構成によシ、振動子をケ
ーシングに簡単に取付けることができ且つ確実な磁気結
合ができる。特許請求の範囲第５項記載の構成によシ、
直流電流−バイアス磁化が不必要になる。

特許請求の範囲第６項記載の別の実施例は、製造が簡単
で、コイルが保護された形で設けられる。更に特許請求
の範囲第７項および第８項記載の構成を用いると、発生
器を殊に良好に保護することができる。

特許請求の範囲第９項の構成にすると、位相弁別器に加
わる信号が流量の尺度となる。特許請求の範囲第１０項
記載のように、電磁石を同軸に形成すると、直流電流を
重畳する必要がなくなシ、また電磁石の筒部内に挿入し
た永久磁石板を２つづつ交互に逆極性にすることによっ
て、交差形振動子条片をブツシュゾルに励振するのに、
１つの励磁巻線だけで十分になる。特許請求の範囲第１
１項記載の構成は、ノ゛イズ抑圧に有利である。特許請
求の範囲第１３項記載の構成は位相弁別器の０調整に有
利である。

特許請求の範囲第１４項記載の発明はおいて、孔を振動
節点に設けることにより、やけりケーシングへの振動エ
ネルギーの漏れが僅かになる。特許請求の範囲第１５項
記載の構成にょシ磁気ひずみ棒を簡単に支持できる。特
許請求の範囲第１６項記載の構成により、同じフィルで
先ず鉄心を残留磁気にょシノイアス磁化し、次にこの鉄
心を、磁気ひずみによる曲げ振動を生ずるように励振す
ることができる。特許請求の範囲第１７項記載の構成に
よυ、簡単且つ確実に振動子を保持できる。特許請求の
範囲第１８項記載の構成を用いると、振動子が流体に含
まれる固体成分によって汚れなくなる。

実施例の説明 次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

流体の流量は抵抗体を用いて直接測定される。この為に
、せき止め板を管軸と同方向に一定の振幅で振動させζ
このとき流体によって付加的に生ずる減衰を監視する。

この振動せき止め板を備えた流量計の動作に関する詳細
は、例えばＰイツ連邦共和国特許出願公開第２９２８５
６８号公報に記載されている。しかしこの振動せき止め
板の励振には、難点がある。しかし振動せき止め板を電
磁的に励振する方法は、比較的頑丈で耐衝撃性の構成部
材を用いることができるという利点がある。測定信号源
は内部抵抗が小さいので信号が外乱を受けにくい。以下
に述べる装置は、振動エネルギーが流量計のケーシング
へ極く僅かにしか漏れないように構成されている。

第１図において、振動子として高透磁率の弾性条片から
成る交差部材６が用いられており、交差部材の条片４２
の端部には各々１つのせき止め板３９が支持されていて
、励磁によって互いに逆向きに振動するようになってい
る。交一部材６の中心点は振動の節点となるので、セン
サケーシングに固定してもエネヶギー損失はない。セン
サケーシング３は測定すべき液体を導くために管形に形
成されている。振動子６の減衰は、弾性材料の内部機械
的損失と周囲の流体とによってのみ生ずる。せき止め板
３９はケーシング３の壁と、中心部および電極石装置の
円筒形波Ｎ（図示せず）との閘の環状ギャップ中で振動
子る。このとき考慮すべきことは、流動媒体によってせ
き止め板３９に一方向にのみ圧力が加わるので、この圧
力を交差振動子の条片４２があまシ大きく湾曲しないで
耐えなくてはならないということである。このために条
片４２には剛性が必要となるが、交差振動子６を共振駆
動するので、小さな励振力で十分である。

振動交差部材６の励振には、高透磁率の材料から成る２
つの８字形の成層鉄心１および２が用いられる。これら
の鉄心は極面と軸対称に相互に向き合わせて配向され且
つ相互に９００ねじれておシ、測定液の流れるケーシン
グ内に取付けられている。鉄心の中心脚部にはコイル４
および５が巻装されておシ、鉄心の中心脚部の極面は交
差振動子６の中心部を挾持しておシ、他方鉄心の外部脚
部の極面は各々僅かに隔て条片に対向している。励振の
為に、中心脚、部の巻線に交流電圧が印加される。電流
によって生じた交流磁束がその結果、有限の平均値だけ
周期的に変化する吸引力が、鉄心極面と条片４２との間
に生ずる。

励振電流の２乗の力が作用するので、力の脈動周波数は
励振電流の周波数の２倍の大きさである。内鉄心１およ
び２が９０’の位相差で励振されると、内鉄心１および
２において力はブツシュゾルに作用する。即ち、交差条
片は等しい周波数で逆方向に振動する。従って流量の指
示の為には、第２図に示すような回路装置を用いること
ができる。その場合各鉄心中心脚部罠は、磁束の時間的
変化に比例する電圧が誘起する巻線を付加的に巻装する
。基本波を用いた励振と、第２高調波での条片４２の振
動によるエアギャップの変化との重畳によシ、磁束中に
第３の高調波成分が生ずる。この第３高調波も、誘起さ
れた信号中に現われ、その位相は振動子の減衰に依存す
る。位相を測定する為に、励振電圧の３倍周波数の基準
信号が必要である。

この為に６倍の基本周波数の周波数発振器７の出力電圧
が、同時に２つの分周器８および９に供給きれる。この
際第１０分周器８が局に分°周し、第２の分周器９が％
に分周する。分周器８の出力信号はインバータ１ｏを介
して分割比２：１を有する別の分周器１１に供給され、
また分周器１１ａ（分割比２：ｌ）にも直接供給される
。これによ＃）９００の位相差で基本周波数を有する交
流電圧が生じ、この電圧は、コイル令および５の励磁巻
線１２および１３の給電に用いられる。やはシコイル４
および５の２次巻線１４および１５中に誘起する電圧は
加算器１６に供給され、そこで加算され、更に帯域フィ
ルタ１７を介して位相弁別回路１８に供給゛される。位
相弁別回路１８０基準信号としては、分周器９の出力側
に加わ・る、基本周波数の３倍の周波数を有する電圧が
用いられる。この電圧は、移相器１９を介して位相弁別
器１８に供給される。位相弁別器１８から出力信号が取
出される。移相器１９は、測定流が静止した状態のとき
、出力信号がＯとなるよう調整される。振動子６が付加
的に流体によって減衰させられると誘起電圧の第３高調
波に位相ずれが生じ、出力側に減衰の尺度となる電圧が
生ずる。この電圧を流体の流量の指示に用いる。

交差振動子６の励振の為の第２の方法は、逆に、両コイ
ル４および５に付加的に一定の直流電流を供給し、この
直流電流に励振の為の交流電流７２；重畳されるように
する。この形式の一装置を第３図に示す。この場合各鉄
心１および２には極性の変化しない脈動磁束が発生する
。その結果基本周波数で脈動する吸引力が生、する。両
磁気回路の磁束の交番成分の位相間には１８０’の差が
できる。このとき励振とエアギャップの変化との共働に
よって、磁束中に第２高周波が生ずる、。条片４２がブ
ツシュゾルに振動するので、この高調波は補償される。

２次フィルの加算された電流は主に基本波から成層、そ
の位相は減衰に依存する。

前記の実施例においてと同様、この第２の実施例でも評
価の為に位相弁別器が用いられる。

第３図にこの装置をブロック回路図として示す。周波数
発振器２０からは基本周波数を有する出力電圧が、イン
バータ２１を介して第１の制御可能な電流源２２に達し
、また直接に第２の電流源２３に達する。いずれの電流
源２１２３も第２の入力側は直流電圧源２４と接続され
ている。直流電圧源２４の直流電圧は、周波数発振器の
電圧の負の振幅よシも高い。脈動出力電流はコイルキお
よび５の励磁巻線１２および１３を流れる。この電流に
より２次電圧が発生し、この電圧は巻線１４および１５
によシ取出され、加算器１６で加算され、帯域フィルタ
１７を介して位相弁別器１８に供給される。位相弁別器
１８０基準信号として周波数発振器２゜の出力電圧が用
いられ、この電圧は移相器１９を介して位相弁別器１８
に達する。やけ多位相弁別器１８から出力信号が取出さ
れる。移相器１９は、測定流の静止状態において位相弁
別器１８の出力信号がＯとなるよう設定される。振動子
が流体の流れによって付加的に減衰させられると、誘起
電圧の基本波中に位相ずれが起こり、出力側には減衰の
尺度として適当な電圧が生じ、流体の流量の指示に用い
られる。

別の実施例においては、再磁気回路中に一定の磁気ノイ
アスを与える永久磁石２５が設けられる。この磁気バイ
アスに、巻線１２および１３から発生する起磁力が重畳
されるので、適切な極性にすれば極性を反転せずに相互
に逆方向に脈動する２つの磁束が生ずる。この実施例の
利点は、第３図において直流電圧源を省くことができる
ことである。評価は前記の実施例と同様に行われる。

第４図は第１図の流量発信器の断面図である。Ｅ形の成
層鉄心１および２が９００ずらされて配置されている。

鉄心の中心脚部にはコイル４および５が設けられている
。Ｅ形鉄心１および２の中心脚の極面と振動子６との間
には、バイアス磁化のための磁石板２５が挿入されてい
る第４図に示す実施例と同じ作用をする別の実施例を第
５図に示す。第５図の装置では、別個に分離されたＥ形
鉄心は設けられておらず、同軸の電磁石が設けられてい
る。この電磁石は同軸の鉄心２６と、巻枠４３に巻装さ
れた励磁巻線２７ならびに２次コイル２８を備えている
。

鉄心２６の端面には、交差振動子６が取付けられている
。鉄心２６の筒部４４の端部には４つの磁石板２９が交
差振動子６に対向して挿入されている。電極磁はスポー
ク３０によって流量計のケーシング３に同軸に支持され
ている。損傷しないように保護する為に、振動子は半球
形のキャップ３１によって流れに向う側を被覆されてい
る。このキャップ３１には交差条片を自由に挿入する為
のスリットが切削されている。

磁石によって、交差条片に所属の一方のせき止め板の対
が同じ方向に磁化され、他の対は逆方向に磁化される。

第６図は、第５図の装置を上流方向から見た図である。

この図から、振動子を支持する丸めのスポーク３０がケ
ーシング３に取付けられている様子かはつきシとわかる
。中心には励振装置を損傷しないように保護するキャッ
プ３１が設けられている。キャップ３１からは、キャッ
プ３１に覆われた振動子６に取付けられているせき止め
板が突出している。

交流電流が励磁巻線２７を流れると、振動子６の条片が
励振されて１、交互逆方向に振動する。鉄心中の磁束へ
の振動子の作用は基本波に関して同方向であり、他方偶
数次の高調波は抑圧される。従って全磁束中は主に基本
波が占めている。誘起電圧は、やはり振動子の減衰に依
存して、励磁電流の位相からずれた位相をもつ。

第７図は評価回路の実施例を示す。周波数発振器７は、
制御電流源３２を介して電磁石の巻線２７を励磁する。

直流電圧源は、永久磁石２９を設けたので省いてよい。

２次巻線２８に誘起した電圧は帯域フィルタ１７を介し
て位相弁別器１８に達する。この位相弁別器の基準電圧
は移相器１９を介して周波数発振器１”７の出力側から
取出される。位相弁別器１８の出力側から測定信号が取
出される。回路装置の調整は、前記の場合と同様にして
行なわれ゛る。

減衰に起因する位相のずれを用いた減衰評価方法の他に
、圧電的流量計に相当する装置で振動子をパルスを用い
て励振する方法もある。例えば装置のパルス応答を監視
し、この励振パルスの幅または高さを振動が所定の振幅
を維持するように設定する。この際励振のパラメータが
、振幅制御の調整量となると同時に減衰の尺度となる。

ｉの詳細は冒頭に述べた公知の明細書に記載されている
ので詳細な説明は省略する。

しかしこの方法はバイアス磁化された装置でのみ有効で
ある。とい゛うのは、バイアス磁化された装置だけが、
弾性振動子の自由振動時に信号電圧を発生するからであ
る。

電磁石を用いた装置に相応する装置には、磁気ひずみに
よって励振される振動子を用いてもｒ有利である。磁気
ひずみ振動子は、比較的高い温度と機械的応力とに対し
て耐久性があるという利点をもつ。

流体の測定センサとしては曲げ振動子を用いる。この曲
げ振動子を流量計ケージング内で直径方向に配向し、振
動子のせき止め板の設けられた端部が、管軸を横断する
面圧おいて同相に振動するようにする。この形式の装置
を第８図に示した。

ケーシング３８内でｊロック３６は図示していないスポ
ークを用いてケーシングに固定されている。ブロック３
６には、振動子３３を保持する支承台３５が設けられて
いる。振動エネルギーのケーシングへの損失を防止する
ため、振動子３３はやはシ節点のところで支持されてい
る。その際支承台３５の両端部に取付けられた弾性ワイ
アを通す為の孔が、振動子３３の節点の個所にあけられ
ていて、これにより振動子が支持されている。第９図は
、第８図の実施例のキャッジ３１を除去したときの平面
図であり、この図から細部がよシ詳しくわかる。磁気ひ
ずみ振動子３３は、端部に公知のせき止め板３９が設け
られており、支承台３５に支持されている。その際、節
点に設けられた孔を弾性゛ワイア３４が貫通しておシ、
このワイアが支承台３５の両端部に支持されている。・
支承台３５は円筒形のブロック３６（第９図には外周縁
のみ示す）に′取付けられている。ブロック３６はスポ
ーク３７を介してケーシング３８に支持されている。

曲げ振動を所定の節点を用いて磁歪励振するには、有利
には磁気ひずみ特性が高くて固有抵抗も出来るだけ大き
な合金から形成した振動子の中心部に、交番磁界を発生
しなければならない。この交番磁界がその貫通する部材
を周期的に伸縮させる。その為には振動子３３を第１０
図に示す形状にすると有利である。この場合振動子３３
の中心部は′、２つの平行な鉄心に分割されておシ、各
鉄心には単一巻線４０．４１が巻装されている。この鉄
心によって閉じた磁気回路が形成される。直列接続され
た巻線に、ｅルス電流を流すことによって、この磁気回
路は予め残留磁気で磁化されている。磁化ベクトルの方
向を図に矢印で示す。このとき磁気ひずみの極性に応じ
て両鉄心脚部が同時に短縮または伸長される。この大き
さは同じなので、振動子が湾曲することはない。磁化の
後、巻線は、印加された電圧によって　鉄心脚部罠平行
に磁束が流れる付加的な起磁力が生ずるように、直列か
並列のいずれかの方法で接続される。この起磁力によ磁
化ずる磁束の方向を、電圧の瞬時値に対して破線の矢印
で示す。とれによシ両脚部の磁化方向が交互に変化して
両脚部の長さが逆方向、に（一方は短く、他方は長く）
変化する。その結果振動子が湾曲する。交流電圧が巻線
４０および４１に印加されると、曲げ振動が発生する。

振動の振幅は電圧に依存する他に、鉄心脚部の間隔に対
する長さの比、つまシ分岐部の形状にも依存する。振動
子３３の端部には、流体によって負荷を加えられるせき
止め板３９が設けられている。これによυ両巻線によっ
て表わされているインダクタンスのＱが間接的に変化す
る。例えばブリッジ回路でもってこの変化＋Ｓ定され、
流体の流量の指示に用いられる。

巻線４０および４１から成るコイルがノソルスによって
励磁されると、振動子のパルス応答として自由減衰振動
が生じ、この振動の減衰率が減衰の尺度となる。流量測
定の為に、例えばこの減衰率を測定してもよいし、ある
いは振幅が一定に制御される持続振動の励振／ｅラメー
タを、減衰の尺度として用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量発生器の実施例の斜視略図、第２
図は本発明の振動子駆動回路装置、第３図は本発明の別
の振動子駆動回路装置、第４図は第１図の流量発生器の
断面図、第５図は本発明による流量発生器の別の実施例
の断面図、第６図は第５図の流量発生器の平面図、第７
図は、第５図および第６図の流量発生器用の評価回路、
第８図は本発明による流量発生器の別の実施例の断面図
、第９図は第８図の流量発生器のキャップを取外してみ
た平面図、第１０図は、第８図および第９図に示す装置
に用いられる磁気ひずみ振動子の側面図である。 １．２．２６・・・鉄心、ヰ、５・・・コイル、６・・
・交差振動子、７，２０・・・周波数発振器、１２，１
３．２７・・・励磁巻線、１４，１５．２８・・・２次
巻線、１６・・・加算器、１７・・・帯域フィルタ、１
８・・・位相弁別器、１９・・・移相器、２５・・・永
久磁石、２９・・・永久磁石板、３０．３７・・・スポ
ーク、３１・・・キャップ、３３・・・磁気ひずみ振動
子、３９・・・せき止め板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体の流れの横断面に配置されていて磁石装置によ
   って励振される少なくとも１つの発生器を有しており、
   この磁石装置が流体の流れによシ生ずる振動の減衰を補
   償する、流量計において、発生器を、導磁性材料から成
   る交差部材（６）として形成し、交差部材（６）の条片
   （４２）の端部にはせき止め板（３９）を設け、更に磁
   石装置によって条片（４２）がプッシュプル振動するよ
   う罠励振されるようにしたことを特徴とする、流量計。 ２、発生器の交差振動子（６）の中心部を構成部材によ
   ってケーシング（３）に固定連結した特許請求の範囲第
   １項記載の流量計。 ３、中心脚部にコイル（４，５）を設けたＥ形鉄心（１
   ，２）を用いて振動子を励振し、その際Ｅ形鉄心は、両
   鉄心極面が相互に条）＋＜４２）の角度だけずれて向き
   合うように配向してケーシングに固定した特許請求の範
   囲第１項記載の流量計。 ４、鉄心（’１．２）の中心脚部の極面の間で、交差振
   動子（６）の中心部を挾持し、外部脚部の極面と条片（
   ４２）との間にはエアギャップが形成されるようにした
   特許請求の範囲第１項記載の流量計。 ５、鉄心（１，２）の中心脚部を永久磁石（２５）を介
   して交差振動子（６）の中心部と連結し、外部脚部の極
   面と条片（４２）との間にはエアギャップが形成される
   ようにした特許請求の範囲第１項記載の流量計。 ６゜励磁巻線（２７）と２次巻線（２８）とを備えた励
   振用電磁石を鉄心（２６）に同心円状に設け、該電磁石
   の筒部（４４）内に、永久磁石（２９）を条片に対向さ
   せて挿入した特許請求の範囲第１項記載の流量計。 ７、磁石装置の流体の流れの上流側に半球形キャップ（
   ３１）を設けた特許請求の範囲第１項記載の流量計。 ８．　同心円状に配置された電磁石の筒部（４４）とキ
   ャップ（３１）とを連結し、条片（３９）を導入するス
   リット（４５）をキャップに設けた特許請求の範囲第７
   項記載の流量計９．９０°の位相差の２つの交流電圧を
   発生する周波数発振器（７）を設け、この交流電圧をコ
   イル（４，５）の励磁巻線（１２，１３）に供給し、２
   次巻線（１４，１５）に誘起した電圧を加算して位相弁
   別器（１８）に供給するようにした特許請求の範囲第１
   項記載の流量計。 １０．１８０°の位相差の２つの交流電圧を発生する周
   波数発振器（２０）を設け、この交流電圧に直流電流を
   重畳して励磁巻線（１２，１３）に供給し、２次巻線（
   １４，１５）に誘起した電圧を加算して位相弁別器（１
   ８）に供給するようにした特許請求の範囲第１項記載の
   流量計。 １１、加算器（１６）と位相弁別器（１８）との間に帯
   域フィルタ（１７）を接続した特許請求の範囲第９項ま
   た１第１０項記載の流量計１２、周波数発振器（７）を
   設け、該周波数発振器によシ制御される電流源（３２）
   を介して励磁巻線（２７）が給電されるようにし、２次
   巻線（２８）に誘起した電圧を帯域フィルタ（１７）を
   介して位相弁別器（１８）に供給するようにした特許請
   求の範囲第９項記載の流量計。 １３、補償用の移相器（１９）を位相弁別器（１８）に
   前置接続した特許請求の範囲第９項記載の流量計。 １４、流体の流れの横断面に配置されていて磁石装置に
   よって励振される少なくとも１つの発生器を有しておシ
   、この磁石装置が流れにょシもたらされる振動の減衰を
   補償する流量計において、振動子を磁気ひずみ俸（３３
   ）として形成し、該棒の端部にはせき止め板（３９）を
   取付け、また該棒の少なくとも２つの振動節点に孔をあ
   けて支持したことを特徴とする、流量計。 １５、　　孔に弾性ワイア（３４）を通し、該ワイアは
   支承台（３５）で支持した特許請求の範囲第１４項記載
   の流量計。 １６、振動子（３３）の中心部を２つの鉄心に分割し、
   各鉄心に巻線（４０，４１）を巻装した特許請求の範囲
   第１４項記載の流量計。 １７、　　スポーク（３７）を介してケーシング（３）
   内に固定された円筒形のブロック（３６）で振動子を支
   持した特許請求の範囲第１４項記載の流量計。 １８、　　円筒形ブロック（３６）に、流体の流れに対
   向する半球形キャップ（３１）をかぶせた特許請求の範
   囲第１４項記載の流量計。