JPS5882121A - 流体速度測定装置 - 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】 本発明は流体の流れの１ｊｌｊ定に関する。

流体の速度を測定するための各種装置が知られている。

先ず第一に、本体と遅続流体との間の相対的な速度を測
定するだめの装置は、流体の中につけられた本体上で回
転可能的に枢軸駆動されるインペラーめるいはローター
を含む。本体に対する流体の相対的な流れによってイン
ペラーあるいはローターは回転させられ、この角速度が
本体と流体との間の相対的速度に依存する。この回転が
電気的るるいは機械的装置によって指示針を作動させ、
これらが適当に校正されて相対速度を示すことができる
。そのような装置の欠点は、インペラーわるいはロータ
ーの角速度が本体と流体との間の相対速度に対して正確
に比例しないという点にある。

前述したインペラーめるいはローターに関する装置は、
流体流路の中におけるベーン状の障害物である。ベーン
の変位量は流体速度に比例する。

このベーンの変位量は各種の装置によって検知すること
ができ、例えば、抵抗に沿ったスライダーの動きによ−
って検知し、この場合ベーンの変位に比例して抵抗を変
化させることになる。

また熱線式流体流量センサーも知られており、ここでは
加熱されたワイヤを通過する流体の動きによってワイヤ
が冷却される。冷却量がワイヤを通過する流体、流量に
関連する。従つそ熱線式流体流量センサーは、センサー
を通過する流体の質量を測定することができる。内燃機
関や場合で、空気と燃料との比率を確立する場合に、そ
こへ流入する空気の質量を知ることは有利である。ワイ
ヤ・冷却室は多くの方法で測定可能な抵抗変化によって
郭定することがで應る。そのような装置の欠点は、流体
中の各種の不純−がワイヤ上に沈積し、それが質量流量
のｌｌ＆差をもたらす点にある。

流速を一定する他の方法においては、流体の流れの中に
配置された物体を用いて、流体中に配置された物体の後
に変動的な渦の流れ、即ちカルマン渦をつくり出す。あ
るいは、流体の流れの中にベーンを配置して、ら誓ん形
状の鉤をつくり出してもよい。らせん形状の山と谷の通
過が流速を表わすことになる。

前記カルマン渦は物体の下流側において一定間隔ｔ”ｈ
いて交互に形成される傾向があ）、最初は物体の１つの
側部エッヂの後方に、ついでその反対側の側部エッヂの
後方に生じる傾向があることは知られている。前記の渦
は物体から２つのほぼ平行な列をなして離れていき、そ
の下流側において流体の相対速度にほぼ比例してはいる
が、しかしそれより幾分小さい速度で流れる。即ち、前
記渦は流体の速度に対して一定の比率をなす滑り速度を
有している。またその各々の列において前記渦はめる距
離をおいて形成され、その距離は物体の寸法に対しであ
る一定の比率をなしてはいるが、流体の相対速度に対し
てはほば無関係でるる。これらのことから、禍がシリン
ダーのいずれかの側部あるいはニップの後方に２いて形
成される場合のその周波数は、流体の相対速度に対して
比例し、シリンダーの寸法に対して反比例し、その他の
要素あるいはパラメータに対してはほぼ全く無関係であ
ることがわかっている。

このように２列をなして交互に形成される渦の現象は自
然界においてもしばしば発生するもので゛めり、例えば
、風の中において電話線がヒユーヒユーうなることや、
木の中で風がため息をついたり、はえたりするようなこ
とや、また背の高い草の中で風が笛を吹くようなこと、
などの原因となる。

しかしながら、流体流量を郭定するだめのこれらの鉤の
信頼性ある、正確な測定についても問題があった。例え
ば、ダブりニー・シイ−・バードによる米国籍ｆｆ第３
．１１６，６３９は、振動運動のために取付けるベーン
状の要素を、流体の流れの方向に対して直角をなしての
びた軸線の回りに、また渦発生装置の下流＠に取付ける
ことを教示−している。とのベーン状要素の振動周波数
が測定され、これが鉤が要素を通過する周波数に関連す
る。

そのような装置の応答時間は、もちろん、装置の機械的
な応答作用に関連する。即ち、ベーン状要素は速度の変
化には応答することができないことがある。さらに、鉤
の強さはベーン状要素を動かすのに十分大きくなければ
ならない。

渦の通過を郭定する丸めの他の方法および装置は、アー
ル・ディー・ジョイ他による米国％ｌｆＦ第３．６８０
，６７５に教示されている。渦の流れの一方の側におい
て音響信号移送トランスデユーサが配置され、他方の側
において音響信号受信トランｘ　チューナがされる。移
送トランスデューサノ信号はカルマン渦によって変調さ
れ、受信トランスデューサによって受翼められる。磁気
１ｇ号検出装置が信号受信トランスデユーサに連結され
、カルマン渦によって生じさせられた変調を検出する。

ここでもまた、渦は音響信号ｔ−変調させるために十分
に大きくなければならない。さらに、音響信号の変調は
成体流れの中で渦以外の外乱によっても生じることがめ
るので、岨差信号の原因となる。

さらｔｇ−＊＊、渦が通過した゛かど′うかの郭定をす
るために、音１＃侶号の変調を適正に処理するには、比
較的複雑な電子工学が必要となる。これらは本発明が１
；Ｅ、服する幾つかの問題でろる。

本発明の実施例においては、流体速度を測定する丸めの
装置は、渦発生装置と、圧力センサーと、プロセス装置
とを含む。前記渦発生装置は流体の流れの中において、
鉤が渦発生装置の後方において形成されるように配置さ
れる。前記圧力センサーは渦の通過によって生じる圧力
変化を検出するために、渦発生装置の後方に配置される
。前記ゾロセス装置は、圧力センサー比よって検出され
た圧力変化の関数として流体流速を郭定するために、前
記圧力センサーに連結されている。

第１ｗＪを参、照すると、空気の質量流量センサー１０
は、空気流の中に位置した渦発生装置１２を含む。前記
渦発生装置１２は空気流の流れ方向に対しそ横方向に全
体的ＫＩＩｌ長くなつ九部材であり、図示し九三角形断
面のように、どのような多数の断面形状を有していて゛
もよ−。渦発生装置１２は渦発生装置１２の２つの側部
１６．１８から離れたとζろにおいて渦１４をつくり出
す。こめ渦発生装置１２の下流側にはぎトー管２０が配
置され、これが質量流量計１０の壁部２２を貫通して圧
カドランスデューサ２４に接続されている。前記ピトー
管２０は全体的に中空シリンダーであり、ピトー管２０
の開口２６における圧力変化を圧カドランスデューサ２
４へ伝達する。圧カドランスデューサ２４はぎトー管２
０によって感知された圧力変化を検出し、これを電気信
号に変換し、マイクロプロセッサ２−８に加え、る。さ
らに、前記壁部２２の中には温度セン＋ｊ−３０が配置
され、これも前記マイクロプロセッサ２８に接続されて
いる。

操作においては、空気は空、気質量流量センサー１００
円筒状壁部２２の中へ、矢印方向に流入してくる。空気
は渦発生装置１２にわたって２筋の渦が発生する。渦は
側部１６と１８との間で順次交代に形成され、従って２
つの流れの中で渦は千鳥状になって形成される。渦がピ
トー管２０の一口ｆｆ１１２６に接近すると、圧力の乱
れが生じる。即ち、渦がパックグランド圧力に対して圧
力変化を生じさせる。鉤はまた流入してくる空気流に対
しである角度をなして設定されたベーンの輪によっても
発生する。ベーンの下流における空気流はらせん状める
いはトルネーＰ状になっている。このらせん状の流れの
山と谷の部分がピトー管２０にあた９、圧力変化をつく
り出す。

第２図を参照すると、時間に対する静圧のノ童ツクグツ
ンド値が示されている。この静圧の変化は、例えば高度
の変化といったものによって生じるものである。この静
圧のパックグランＦの線上に重ねられた振動的な圧力変
化は、空気流中の圧力の乱れが生じていることを示して
いる。この圧力の乱れはピトー管２０の開口２６に近ｉ
ところにおける−によるものである。

この圧力変化はピトー管２０に沿って圧力トランスデユ
ーサ２４へ伝えられ、これがパックグランド圧力と、そ
れに重なった、渦の通過を示す周波ａ振動との両者に関
−する電気信号を一発生する。

この電気信号はトランスデユーサ２４からマイクロプロ
セッサ２８へ接続され、とζでその信号が処理され、密
度計算において用いられるパックグランド静圧と、速！
ＩＩ！信号となる渦の離脱の周波数とを分離して示すこ
とになる。即ち、空気流の速度を計算し、めるいはバッ
クグランド圧力と流体の温度とを考慮に入れて空気の質
量流量を計算することが可能である。

密度計算におｉて用いられるパックグランド静圧と、渦
の離脱の周波数とを分離的に示すことは、ピトー管から
信号を伝達する配管の中にＴ字形装置を取付け、とのＴ
字形装−の一方の側においてパックグランド静圧を得る
ための違応答性の圧力センサーを逐結し、Ｔ字形装置の
他の側において速度に比例した渦周波数を得るためのマ
イクロホンを連結することによっても得られ、これらの
２つが２つの分離的な電気信号をマイクロプロセッサ２
８に！供する。第１図を参照すると、遅応答性圧力セン
サー２５が破線で示されており、これがピトー管２０の
Ｔ字形装置の脚部に連結されている。このような組合わ
せにおいては、圧カドランスデューサ２４は渦の周波数
を郭定するための比較的速い応答性を有している。内燃
機関のための空気と燃料の比率を制御する場合には、次
の式から計算される算量流量を知ることがしばしば望ま
しい。即ち、 ｍ　＝　ｐ　Ａ　Ｖ ここでｍは質量流速（キログラム毎秒）Ｐは密度　（キ
ログラム毎立方メートル）Ａは断面Ｊ５ＩＩ（平方メー
トル） ■は速度　（メートル毎秒） である。

密度は水のような非圧縮性の流体の場合には圧力には無
関係であるが、空気のような気体の場合には次の式 に従って圧力、Ｐｌと温度、Ｔ１とに依存する。

ここでＲは比例定数である。

上述の式において用いた圧力の項は、トランスデユーサ
２４から、あるいは遅応答性圧力センサー２５から、の
電気信号を丸環する１ことによってマイクロプロセッサ
２８から得られたパックグランド圧力のことであり、前
記遅応答性圧力センサーはパックグランド静圧に比例し
た電気信号を直接提供するものである。温度センサー３
０はマイクロ７’Ｅ−セッサ２８に対して温度を示す電
気信号を提供することができる。この温度の情報はマイ
クロプロセッサ２８によって行なわれる計算の中へ組込
んで、空気の質量流量センサー１０内を流れる空気の質
量を郭定することができる。

もし望みならば、′空気流中において渦発生装置１２０
下ム側にマイクロホンのような圧カドランスデューサを
配置し、ピトー管を取除いてもよい（第１図の４０を参
照）。さらにまた望みならば、渦発生装置の下流側に２
つの圧カドランスデューサあるいはセンサー（例えば、
ピトー管あるいはマイクロホン）を配置してもよい（第
１図の４０゜４１を参照）。この２つの圧カドランスデ
ューサは空気の流れに沿って互いに他と直列的に配置し
、互いに他と間隔ｔ−あけると有効でるる。そのような
配置にするとパックグランド静圧をより正確に郭定する
ことができ、を九個々の渦の検出感度が向上することに
なる。２つの圧力センサーによって感知°された圧力変
化はマイクロプロセッサに送られ、この情報を処理する
ことが可能となる。

渦発生装装置の下流側における圧力２センサーの特定の
位置は、ここで開示した位置とは変わっていてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による′速度センサーと空気質
量流量センサーとを示し喪、部分的にブロック図的にな
つ九断面図、第２図は第１図に示し九圧力検出装置によ
って検出された圧力の圧力と時間との関係を示し、パッ
クグランド静圧と、その上に重ねられた渦の通過を示す
周波数振動とを示したグラフである。 図において １０・・・流体速度測定装置 １２・・・渦発生装置 １４・・・渦 ２０・・・圧力センサー ２８・・・プロセス装置 ３０・・・温度センサー でｂる。 代理人　浅　村　　　皓 外４名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　流体速度測定装置において、流体の流れの中
   に位置した渦発生装置で６って、前記渦発生装置に従っ
   て渦が形成されるようになっている、その′＠発発生直
   置； 前記鉤が通過することによって生じる圧力変化を検出す
   るために、前記渦発生装置に引き続いて配置された圧力
   センサーと； 前記圧力センサーによって検出された圧力変化の関数と
   して流体速度を郭定するために、前ｉピ圧カセンサーに
   接続されたプロセス装置；と金含むことｔｌ−特徴とす
   る流体速度測定装置。
2. （２）質量流量測定装置において、 流体の流れの中に位置した渦発生装置でおって、前記渦
   発生装置に従って鉤が形成されるようになっている、そ
   の渦発生装置と； 前記渦が通過することによって生じる圧力変化を検出し
   、また平均のパックグランド圧力を検出するために、前
   記渦発生装置に引き続いて配置された圧力センサーと； 成体の流れの０ＡｔＬを不予信号を提供するために、流
   体の流れの中に配置された温度センサーと；前記圧力セ
   ンサーによって検出された圧力変化と平均の圧力、およ
   び前記温度センサーによって検出された温度との関数と
   して質量流量を郭定するために、前記圧力センサーおよ
   び温度センサーに接続されたプロセス装置； とを含むことを特徴とする質量流量測定装置。