JPS59116508A - 流動体フロ−メ−タ及び流速測定方法 - 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、流動体供給管を通る流動体の流れの速度及び
、又は体積の測定に適切な装置、以降フローメータと呼
ぶ、に関づるものである。

フローメータは元来、病院あるいは同様の状況で使用さ
れる酸体ヤ他の気体の流動速１文を測定覆るものとし°
Ｃ開発され、本発明も参考例の便宜上、イのにうに応用
について説明づる。しかしながら、フローメータは工業
的応用を含む他の環境でも使用されることができ、実際
、本装置は低粘性液体や蒸気など他の流動体の流動速度
をモニターするのに使用できることは認められよう。

酸素や他の気体の流動速度をモニターするために病院で
広範囲に使用される７０−メータは、気体供給管に接続
可能で、気体放出管を接続覆ることのでさる出口を右Ｊ
る器具に組込まれている。

ノロ−メータは器具の入］」Ｊ３よび出［１と連続して
配設され、先創の孔を有する垂直に延びる透明な箆を含
んでおり、孔の径は管の高さと共に拡大し、この管中の
孔には小さなボール、またはボビンが配置される。この
器具に供給きれた気体は管を上方に向つ−（流れ、この
結果、ボール、また【まボビンを気体供給速度との比例
した高さまで持上げる。

管はある一定の供給圧力下（通常、４００ｋＰａ　）で
ボール、またはボビンの上昇高度に従い目盛が決められ
、流動速度の読出しく通常、毎分リットル）ができるよ
うになχいる。

酸素網状システムで用いる場合には、フローメータ管は
通常、外側の（透明）な管状のエンベ０−ブの中に配置
され、管内を上昇づる気体は外側エンベロープから管と
１ンベロ一１間にある環を通過し、器具の放出口に向う
。更に、バルブ部材がノロ−メータと放出にＩの間で器
具を通過し、流出する気体の流動速度を規制づ−るよう
に器具に組入れられている。

上記に説明した７０−メータは、少なくとも営利的には
大いに成功したのであるが、本発明の発明者の判断によ
れば、その理由は主として適切な代りの装置が開光され
なかったことにある。しかし、この７０−メータにはあ
る木質的な欠陥がある。この装置は、正確な読出しを管
るためには垂直方向に設置されなければなら一す゛、上
方に突出づる管およびエンベロープは破損しやすい。更
に７０−メータを遠くから読むことはできず、遠隔モニ
ター、または極端に流動速度がシヱい時のためのアラー
ムを設置でぎるように簡単に改良りることはできない。

不発間者は、流動体流動速度に関連し、流動速度表示装
置を駆動するように使用し得る電気信号を発生づる流動
体フローメータを開発Ｊることにより、上記に述べた欠
点の克服若しくは少なくとも減少を追求した。更にこの
フローメータに、装置を通して流れる流動体の体積の測
定ができるように改良づることができる。これは流動速
度の測定に用いｌこ電気信ｇを積分りるだＥＪＣ簡単に
１１１られる。

Ｊ３およイの定義をす１１ば、本発明は流動体がその中
を流入１通′Ａ′Ｔｌる室と、少イ１くとも一部分が室
内にあり、または室に隣接して配置されて室内を通過り
る流動体が発生する音響エネルギーと接触りるよう配Ｆ
ＦＩされた音響電気トランスデユーサど、トランスデ１
−ザが音響］］ネルギーと接触した結果１〜ランスデコ
ーサが発する電気出力を表示りる手段とよりなる流動体
フローメータを提供覆るもの゛ぐある。

本発明は、動的条件下で流動体が光生づる音の振幅は、
流動体の流動速度の変化によって異なるという現象を利
用したものである。従って、１〜ランスデ：１−’（Ｊ
の出力は、トランスデユーサがその？Ａ讐ど接触した流
動体の流動速度に（直接的、あるいは間接的に）比例Ｊ
る。

流動体は７０−メータに、放射エネルギーが渦中周波、
またはｉ′ｉＪ聴周波以下、まｌζは可聴周波以上の周
波数の範囲にあるＪ、うな状態で流入し、ここ−Ｃ用い
ら４する１８？７！エネルギー」とは、ｉｉＪ聴スペク
トルの範囲内または外にある、周囲の合エネル：１゛−
の意に解釈されるべさ′である。

フ［］−メータの室に流入した流動体は、ノズル、ある
いはジェットを介して室に導入さねるのが好ましく、ノ
ズルまたはジ］−ットは流入する流動体が１〜ランス）
１コーザ【こ突き当るように方向付りられているのが好
ましい。しかし、流動体がトランスア゛ユーリ−に突き
当ることは不可欠４ｒことではなく、トランスデユーサ
が流動体の音響エネルギーと接触ｌＪ／ご（′）で十分
であることは理解されよう。

ジェノ１〜またはノズルは単純な管状形態でも、ｖ内に
流入力る流動体の音エネルギーの１丸合を上げるように
流入流動体の乱流の高化を誘発するように形成さていも
良い。更に、あるいはイの代りに、室自体が変形されて
流動体の乱流を誘光するようにしても良い。更に代替案
として、ジェットまたはノズルが変位されて室に流入す
る流動体が不揃いな利金ではなく、はぼ純粋音を光生り
るようにすることかできる。

ノロ−メータ１こは通常増幅器と、１〜ランスデーし−
りの出力が当てられる表示装置が組込まれｒ　ｄ３す、
人示其肖′は流動体速度のｉｒＪ接な読出しを表わヅＪ
、うにするとよい。表示装置はアナ［」グ表示用（゛ｂ
デジタル表示用でも良い。

ｆａ号の処理および表示装置の駆動のｌこめに７０−メ
ータにバラｊすａ３よび、又は光電池を絹込んでム良い
が、代りにフローメータに」ユ電源より供給してし良い
。

本発明は小型で、遠隔モニターをすることができ、流動
体の流動速度が予め決められたレベルより手かったり越
えたりした場合に警色伯号を光りる装置を組込むことの
でさるノロ−メータに実施ぐぎる。遠隔モニターや警告
機ＯＬはモニター曲と有線、あるいは無線で連結して設
けてム良い。

２７、　Ｒ−電気１〜ランスデユーりは、付帯音響エネ
ルギーの存在に反応して、付帯エネルギーの（ｆ響しベ
ルに応じて異なる（即ち振幅Ｊ３よび周波数の異なる）
電気仏５シを発生させるような、いかなる型の１〜ラン
スデ１４ｊ−からなっても良い。１〜ランス７’　Ｊ−
リ−は、ノ（」−メータの！内でγｒ、　？Ｔユネルギ
ーと接触づる振動板を右りるマイクロ装メン型菰置より
構成されるものでも良い。

マイクロフォン型である場合には、１〜ランスデー１−
サは８５らゆる特定のノロ−メータの応用例に要求され
る感１宴Ｊ５よび、または線形瓜に応じＣ、ムービング
コイル、マグネデック、」ンア゛ンリー。

クリスタル、カーボン、リボン、または、他の型のマイ
クロフォンからなっても良い。

フローメータに２個の電気音響トランスデ１−１す、即
ら一方は室内８弯エネルギーに触れ、他方は周囲の音響
エネルギーに触れるトランスデーＬ　−サを相込んで良
い。づると２個のトランスアＪ−１ノの出ノＪ共通の増
幅器に反位相にりえられてそれぞれの出力の異質な９Ａ
盲は相殺される。

本発明は、空気あるいは酸素などの気体の流動速度の規
制および測定に適切なフローメータ装置の以下の説明に
より更に明らかとなろう。添付の図面を参照して説明さ
れる。

図示のＪ、うにフローメータは２個の相ａに連結されて
（上下）要１１分１０．１１よりなる。２個の部分は相
Ｕ依フイしているが、■一部１０は流動測定装置ν１、
Ｆ部１１は流動制御装置とみなＪことができる。

下部１１は金属本体１２よりなり、これはねし継手１３
を介して酸素圧縮供給源に接続可能で、ねじ付放出接続
郡１４を通って放出管（図示せず）と接続Ｊ　６’Ｑで
ある。酸素は矢印１５．１６で示される方向に本体１２
に導入され、放出される。

本体１２は凹部を有づる突起部１７を含み、１１＋１１
定装ｆ？Ｙ１０の十カ突出部１８はねじ状相亙連結郡で
突出７４８１７を取外しＶｉＪ能に結合しＣいる１、酸
素は四部をイＪりる突起部に導入さ４１、従って、入口
１９ａど管状ノズル２０を通って、測定装置の下方突出
部１８に位置決めされる室１９に導入される。ノズル２
０は本体１２の一部分を形成しており、またねじ継ｆ１
３ど連結している。

７０−メータの操作中、酸素はノズル２０を通って室１
９へ入り、次に出口２１と本体１２内のパルプ孔２１ａ
を通って放出口１４に流動される。先細のバルブ部材２
２は本体１２内に配置され、フ１」−メータから酸素の
流動速度を規制？Ｊるように孔２１虹に対しく一位回決
めづることができる。

バルブ部材２２は回転９丁能な流動制御ノブ２３によっ
て位置を選択づ”ることができる。

音響電気トランスデｊ−−サとしてムービングコイルマ
イクロフォン２４が測定具ｆ１１０の下方突出部１８内
に位置し、従って、マイクロフォンは室１９を酸素が流
入、流出りる結果発生づる音響エネルギーに触れる。マ
イクロフォンはクッション２５に支持され、ノズル２０
から流入する酸素がマイクロフォンの振動板２６に衝突
１゛るＪ、うに向りられている。

図示されてはいないが、マイクロフォンの振動板２Ｇま
たは後方ケース部２７には、通７：；、振動板の反対面
にがかる静圧の均一化を図るよう隙間があけられている
。

マイクロフォン２４から電気出力は測定装置１０の一部
をなすケース２８内の信号処理装置に送られ、配線はマ
イクロフォンからケースへ、マイクロフォンの上にある
畜利した孔を通って延びている。

ケース２８に（，１充鉗可能な、あるいは取８え可能４
Ｔバツｊす３０（あるいは交流の電源と接続可能な電源
）、増幅器３１．検波器３２．アナ１」グーデジタル変
換器、液晶または他のデジタル表示具ｂ’：１３４Ｊ：
り構成されＣいる。

表示１旧４はデジタル電圧計、あるいはアナ［１グ電圧
計のいずれを有しても良く、これらは水装置Ｃ゛１の応
用に応じて適切なように毎分クツ１〜ルまたは他の単位
で、気体流動速１庭の読出しを与えるように目１各が決
められている。あるいは、酸素の流動速１臭が増すにつ
れて順次発光覆るように駆動される発光ダイオード（Ｌ
　Ｅ　Ｉ）　）を配列してもよい。

電気回路には更に表示装置を切るスイッチ°３５を設け
、従って、読出しが不必要な場合にバラブリのノＦ命を
延ばすことができる。このスイッチを流動制御ノブ２３
ど粗合わ１ｔ、ノブの回転により操作される。更に、図
示されていないが、光電池をケースに備付（）、設備全
体の電源と覆るか（この場合にはバラｉすは不必要とな
る）、バラブリを充電さぼることができ、別の回路構成
部分を加えてマイクロフォンからの出ツノ信（シを線形
化づることもできる。

第４図は）Ｏ−メータに相違まれ、フローメータを通過
する酸素の１１を測定し表示Ｊるための回路を示したも
のである。従って、疼（４図に表わされた配置は、流動
速反表示測定器に加えて積分回路３Ｇを含み、これは、
１１４間経過とＩＪＪ運して検波器３２の出力を積分し
、それによって体積を表わす出力信号を発生覆るように
機能覆る。積分器３Ｇがらの出力は、ノロ−メータを通
過する酸素の体積の増加を表示覆るのに用いられる、適
当に目盛が設定されているメータ３７に送られる。

以下、フローメータの操作を第５図乃至第７図を参照し
て面に詳州に説明Ｊる。

第５図はほぼ一定の圧力条件下で、フローメータを通過
する酸素の流動速度を変化させた時のトランスデ」−サ
２４からの化カイに号の理５Ｊｊ化した波形を示してい
る。ＪＡＷ　ｌ化した波形とは、これが単一の周波ｉ＆
音およびなだらかな包絡線を示づことを意味Ｊ゛るが、
実際には室１９に乱流があるため、信２シの周波数は複
雑で不揃いであり、包絡線ら完全になた゛からには４Ｔ
らないであろう。しかし、第５図で注目リベさ点は、酸
素の流動速度の増加と北に、１〜ランスデーＬ−ザ出力
のピーク電バーが１１と　（３の区域で１實し、流動速
度の低下と共に雷１Ｆは１２の１ヌ域で下降し、酸素の
流動速！哀が一定の場合には電ＩＪＬＧ一定になること
である。

従って、（振幅変調ラジ〕周波数（ｉｆ＋シの可聴成分
が検知されるのとほぼ同様の方法で）トランスデ：Ｊ−
リー信号の包絡線がダイオード検波器３２に検波される
と、酸素流動速度と比例Ｊる出力信号が検波器により（
！１られる。

第６図はトランスデコー！す２４からピーク出力電圧と
、フローメータを通過する酸素の測定速１支との関係を
グラフで示している。電圧信号の増幅および検波後、（
マグネチックマイクロフォン）からの出力信号はミリポ
ル１−で記され、気体流動速度は１０分リットルで記録
される。

第６図かられかるように、トランスアコーサのピーク雷
紅（包絡線）出力と気体流動速度の関係は直線状ではな
く、フローメータに埋に則った精度が要求されるのなら
、検波器３２／Ｊｌｌろの出カイ５号は表示装置に送ら
れる前に線形化されていなければならない。

信号の線形化は第３図おＪ、び第４図に示されたアナロ
グ−デジタル変換器３３の構成部分であるプログラム可
（１ヒに読出し専用メ七り（１）　ＲＯＭ　）で行われ
る。あるいは、第７図に示Ｊように回路を配置し、信月
の処理、線形化および測定を行うようにしでｂ良い。

ｉ′１７図で示さ４″ｌだ配置において、マイク■」フ
Ａン２４からの出力は増幅器３１（（Ｃ１）に送られ、
史に増幅器ＩＣ２で増幅、緩雨される。正のビーク゛層
圧検波器■Ｃ３と、反転された負のピーク電圧検波器Ｉ
Ｃ４は、４５号の絶対ピークレベル（即ち、包絡線電圧
）を表わす出力を出（）、コンデンサＣ１ど抵抗１テ１
は検波器３２のピーク保持および消滅時間を供給づる。

、差動増幅器［Ｃｓはｆｃｚ。

ＩＣｓおよびＩＣＪへの入力の電圧をＡフセッ１−状態
に調整づる。

線形化のための回路網は１６個の比較器Ｉｃｅから１０
２１、一連の分ロー抵抗器Ｒ７からｌテ１７、トランジ
スタＱ１．Ｑ２Ｊ、りなる電源から、一定電流が供給さ
イする一連の連続接続したゲルマーウムダイＡ−ド［）
１から１つ１６とよりなる。検波器３２（［Ｃ３ａ３に
ヒＩ　Ｃｔ　）　ノ出力は、比較器Ｉ　Ｃｓ　カラ［Ｃ
２１の全ての非反転入ツノに接続されている。

分１を抵抗列の上端には、ツ、Ｌナー・ダイＡ−ドア１
によって安定している電源電圧を供給され、抵抗器１テ
、からＲ１６の値は、第６図に示しＩＣ曲線が直線化す
るのに適当な基準電圧段階をとるように選択される。比
較器Ｔ　ＣａからＩＣ２＋の出力は、ある特定の比較器
の入力において検波器３２からの出力型１１−がＪ、！
準電圧より低い場合にはＩＡン」状態になるＡ−ブン・
コレクタ・トランジスタを通り、出力信号がＯとなる全
ての比較器がしオン」状態になり、全てのダイオードＤ
１からＤ　＋ｓは短絡して除外される。しかし、検波器
かの出カフ１ｉ　１ｊ−が上昇すると、比較器は順次「
オフ」になり、その結果、ダイオ−１間を流れる電流は
電ａ低下を起こし、これはデジタル削成’ｌ　３４に、
）］、］−メータを通過する酸素の流動速度の増大と対
応した度合で表わ４する。

上記に説明した回路の代台型（・は、ダイＡ−ドＤ１か
らＤ　ｒｅを発光ダイオード＜　Ｌ　Ｅ　Ｄ　）に置き
かえ、メータ３４を省略することがでさる。この場合に
は、検波器３２からの入力電圧が上ると、１−［１）間
を電流が流れるよう、比較器は順次ｒ′Ａフ」にされる
。従って、゛電圧が増加づ″ると、棒状の光線が縦に、
あるいは横に延びて形成さね、ｊ−ランス１′ユーサの
出力が（線形化（〕て）測定される。

【図面の簡単な説明】

第１図はフ【」−メータの斜視図、第２図はフ［］−メ
ータの部分切断側面図、第３１ｚ口Ｊフローメータの上
ケース部内の電気回層の構成部分を概略的に表わし、第
４図はフローメータを通過する酸素の体積を測定し表示
するよう配列した回路構成部分を構成した第３図と同様
の回路を表わし、第５図（まフローメータ内の酸素の流
動速度を変化ざゼた時の７０−メータ・トランスデュー
リ゛の理想的出カイ、−号の波形を示し、第６図はフ１
］−メーク内の酸素の流動速庶とトランスｊ′ユーザの
ビーク電ｊＦ（増幅後の）信号の関係を示づ゛グラフ、
第７図【よ第３図に概略的に図示された−　（典型的）
形式の回路の詳塑（１な配列図である。 Ｑ’ｉ　Ｍ出願人　　グラハム　カメロン　グラン１へ
代理人　弁理士　小　橋　信　淳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　流動体供給管と連続して接続可能な流動体フ
   ローメータにＪ５いて、流動体がその中を流入。 通過りる室ど、流動体が室を通過して発生Ｊ８８費エネ
   ルギーと接触づ“るよう配置されノ、：音響電気１−ラ
   ンスデューサと、トランスデユーサが音響エネルギーと
   接触した結果トランスデユーサが発する電気出力を表示
   覆る手段とよりなる流動体７０−メータ。 Ｑ）］・ランスデ」−サの少なくとも一部を室内に配置
   されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流
   動体フローメータ。 （３）トランスデユーサは室内を流動体が通過して発生
   づる音響エネルギーと接触する振動板を右するマイクロ
   ノオンよりなり、マイクロフォンは、増幅器と、マイク
   【］フォンの電圧出力の増幅に伴う主力信号を発Ｊ゛る
   ように配置した電圧検波器と、検波器からの出力信号を
   測定して流動体流動速度として表示りる表示手段と回路
   で電気的に接続されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の流動体７０−メータ。 （４）電圧線形化手段が回路の検波器と表示手段の間に
   配置され、表示手段はフローメータを流れる流動体の流
   動速度の増加に対応して直線的に増大りる出力電圧レベ
   ルを表示覆ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の流動体フローメータ。 （５）　　回路で検波器と接続される積分回路手段と、
   ぜ（分子膜と回路にあり、積分手段の出力信号を測定し
   て流動体体積として表示す゛る別の表示手段を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の流動体フロー
   メータ。 （６）　　室はフローメータの本体部に配置され、本体
   部は第１および第２流動体導管より形成されており、第
   １導管は一端で流動体の供給源に接続可能で、他端で室
   に突出するノズルを介して室と連結しており、第２導管
   は一端で室内と連結し、他端で流動体放出管と接続可能
   になっていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の流動体フ【」−メータ。 （カ　ノズルはトランスデユーサに向って方向（ｑ（］
   られ、Ｊ、ってノズルより室内に流入づる流動体は１−
   ランステ′コーサに突き当ることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載の流動体フ１」−メータ。 （８）第２導管に調節可能な流動制御弁が配置され、フ
   ローメータ内の流動体流動速度を規制することを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の流動体フローメータ。 （９）電気回路椙成郡分は増幅器、検波２ｕおよび表示
   装置を含み、本体部に取外し可能に接続されｔｃケース
   内に配置され、本体部内の室はケースを本体部に接続す
   ることにより閉じられ、トランスデコーＶはケースに取
   付けられてケースが本体部に接続した時に室内に位置づ
   るように配設されたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の流動体フローメータ。 （Ｉｎ）、　　音響電気トランスデユーサが導管を通過
   する流８１体が発づる音響Ｊネルキーと接触し、トラン
   スデユーサの電気出力はトランスデユーサの電圧主力の
   増幅に伴って電気イム号を発生さＵるのに用いられ、電
   気信号は、電気信号の度合を視覚的に表示づ−るように
   配置された表示装置に送られることを特徴とする導管を
   流れる流動体の速度の測定方法。