JPS5984145A - 流体のレイノルズ数を測定する方法および装置 - 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】 本発明は流体のレイノルズ数もしくは当該レイノルズ数
によって値の定まる流体のパラメータ（重量流量２体積
流量またはエネルギ流量のような）を測定する方法およ
び装置に関する。

本発明によると、流体のレイノルズ数まだは当該レイノ
ルズ数によって値の定まる流体のパラメータを測定する
方法ゞが提供され、当該方法は導管に流体を通過させ、
当該導管の各部分内にて、流体に対し熱伝達状態に少な
くとも１つの電気加熱装置を配設し、該まだは各加熱装
置に電気を供給し、加熱装置の温度が常に流体の温度よ
り高いことを確実にする一方、加熱装置と流体との温度
差を変化させることができるよう加熱装置−！たけ少な
くとも１つの加熱装置に送る電気量を変え、当該変化を
行なう間に異なる時点において、当該または各加熱装置
の温度を感知し、それに基づいて、当該または少なくと
も１つの加熱装置の単位温度当りの電気損失を判断し、
および単位温度当りの当該電気損失を用いて当該フイノ
ルズ数まだは当該パラメータの計算を行うことを特徴と
している。

望ましくは、導管中には２つの同様の加熱装置があり、
加熱装置を別々の温度で同時に作動させた場合における
各加熱装置間の電気損失の差を求めることによって計算
を行なう。

望ましくは、２つの同様の加熱装置は各々その温度が流
体の温度より高く保持されるようにする。

この場合、各加熱装置は流体の温度より少なくとも３０
°Ｃ高い温度で常時運転することが望ましく、また加熱
装置を運転する温度は、いかなる場合でも互いに５°Ｃ
以上の差がないことが望ましい。

別の方法として、１つの加熱装置を流体の温度まで冷却
することもできる。このため、１つの加熱装置に対する
電気をそれが流体の温度捷で冷却される間、遮断するこ
とができる。この場合、当該１つの加熱装置は単に、こ
の温度を示すのではなく、流体の温度を直接測定するこ
とができるよう実際に配設されるであろう。

導管は流体の主流れが通るパイプと連通ずる流れ採取管
を備えることができ、この場合、採取した流れの重量流
量を用いて、主流れの重量流量を求めることができる。

別の方法として、特に主流れが少量である場合、流れ採
取管を使用せずに、当該パイプだけで導管を構成するこ
とも可能である。

望ましくは、各加熱装置が確実なほぼ直糾的な抵抗温度
特性を有するようにする。このため各加熱装置は白金抵
抗温度側とすることができる。

当該または各加熱装置は支持体からもしくは別の加熱装
置から、間隔のグラストホフ数がほぼ２０００以上とな
らないような間隔で配設することができる。

各加熱装置は別の加熱装置と比較して、より高温セよび
より低温となるよう交互に運転することができる。

流れ採取管はその内側に、２つの同様の加熱装置を備え
ることができ、そのうちの１つをほぼ一定の断面積を有
する部分たる流れ採取管の第１部分内に形成踵他方を先
細部分または第１部分の断面と異なるほぼ一定の断面績
を有する部分たる流れ採取管の第２部分内に形成する。

別の方法として、流れ採取管はその内側に、相互に隣接
して配設した２つの同様の加熱装置を備えることができ
る。このように加熱装置は相互に平行に形成された板状
部材とすることができる。

別の方法として、導管の一部分を流体がほぼ滞留する部
分とし、当該部分内に当該加熱装置を配設することがで
きる。さらに、当該はぼ滞留する部分内における加熱装
置に加えて、流体が通る導管の主部分内にも加熱装置を
配設することができる。このようにして、当該はぼ滞留
する部分内における加熱装置は流体との温度差を変化さ
せるため自己の電気を変える唯一の加熱装置とすること
ができる。加熱装置または少なくとも１つの加熱装置に
供給する電気量を周期的に変え、そのほぼ周期的な変化
の間に、複数の時点で各加熱装置の温度を求めることが
できる。

望ましくは、当該温度を用いて、各加熱装置の平均温度
、該温度の変化振幅、および温度と電力間の位相遅れを
求めるようにする。

当該振幅は当該位相遅れを用いて修正し、未減衰振幅を
求め、この後者の振幅と平均温度から大気温度を求める
。

電気が周期的に変わる加熱装置の熱妨害によって生ずる
波長の影響を補正するために修正を加えることができる
。

本発明はまた液、体のレイノルズ数もしくは、当該レイ
ノルズ数によって値の定まる流体のパラメータを測定す
る装置を備え、当該装置は導管と、当該導管の各部分内
において、流体と熱伝達状態にある少なくとも１つの電
気加熱装置と、当該または各加熱装置に対して電気を供
給する装置と、加熱装置の温度が常に流体の温度より高
いことを確実にする一方、加熱装置と流体との温度差を
変えることができるよう、当該少なくとも１つの加熱装
置に供給される電気量を変化させる装置と、当該変化を
行なう間の異なる時点において、加熱装置の温度を感知
する装置と、それに基づいて、当該まだは少なくとも１
つの加熱装置の単位温度当りの電気損失を求める装置と
、および当該単位温度当シの電気損失を用いて、当該レ
イノルズ数または当該パラメータを求める装置とを備え
ることを特徴とする。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る装置の断面図であり、カップ状捷
たは「シルクハツト」ハウジング１２内に載置し、密封
できるようにした柄１１を備える第１流量計１０の一部
が示しである。ハウジング１２は重量流量を求めんとす
る流体が通るパイプ１５の壁１４に設けた開口部１６と
一体もしくはこれに密封しである。

柄１１には円筒状のハウジング１６が固着され且つ密封
されており、ハウジング１６内には、流れ採取管１７が
同中心状に載置しである。流れ採取管１７は断面積が軸
方向にほぼ一定である部分２０および該部分２０と連通
ずる先細部分２１を備えている。柄１１はその内側に、
パイプ１５がらの流体を収容するよう配設した吸込路２
２を有し、該パイプ１５はハウジング１２　、１６間の
環状スペースを通っている。この流体路は順次、部分２
０゜２１を通り、そこからオリフィス絞り２４を通って
、中空先端または探針２５の内側に達している。

該中空先端または探針２５は、Ｓイブ１５内の既知位置
まで伸長している。先端または探針２５の構造は英国特
許第２，００３，６５９　Ｂ号に、さらに詳細な説明が
為されている。

中空先端２５は例えばその末梢部に吸込口２６を備え、
採取管１７を通って流体がノくイブ１５に復帰すること
を可能にする。

セラミック製取付具３２　、３３はそれぞれ、部分２０
　、２１内の開口部３０．３１に取付けられている。セ
ラミック製取付具３２　、３３はそれぞれ、形状および
他の性質がほぼ同一の板状電気加熱装置３４　、３５を
支えている。各板状の電気加熱装置３４　、３５は狭少
な間隙３７によって、それぞれのセラミック製取付具か
ら間隔を置いて配設されるよう、その各端部がアルミナ
製ブロック３６上に取付けである。各加熱装置３４　、
３５はアルミナ基層上に白金による模様を印刷した白金
抵抗温度計にて構成されている。加熱装置６４は１対の
リード線４ｏによって、発電機４１（第２図）が構成す
る電源に接続してあり、一方、加熱装置３５は１対のリ
ード線４２に〜よって、発電機４６が構成する電源に接
続しである。

第２図を参照すると、各加熱装置３４　、３５を通る電
流はデジタル・アナログ変換機４４によって制御され、
一方各加熱装置３４　、３５内で生ずる電圧はアナログ
・デジタル変換機４５で測定し、双方の変換機４４　、
４５はマイクロコンピュータ４６により制御および読取
りを行なう。

マイクロコンピュータ４６は運転中、加熱装置３４　、
３５のうち１つが例えば１分間といった所定の時間、流
木の温度よりも例えば５０″Ｃ高いといった第１温度差
を保持でき、他方、他の加熱装置が当該所定の時間、同
時に流体の温度よりも例えば、４８°Ｃ高いといった第
２温度差を保持し、当該１つのおよび当該他の加熱装置
がそれぞれ、当該所定の時間、第２および第１温度差を
保持するようにプログラムを組んである。別の方法とし
て、この温度差を段階的にではなく、正弦的に変化させ
ることもできる。

当該所定の各時間は望ましくは、加熱装置の熱質量をそ
の新しい温度まで上昇させるのに要する転移熱量が消失
するのに十分なものとする。

もしこれより短かい時間を所定の時間とした場合には、
次に述べる方程式は条件を追加しなければならず、これ
によって割算はさらに複雑となる。このようにして、加
熱装置の熱質量を示すηを計算によって求めなければな
らない場合、加することを要する。

所望ならば、加熱装置３４　、３５は第１および第２温
度差において複数回、交互に運転することができる。明
らかなように、第１および第２温度差間の差は極めて小
さく、通常５°Ｃを越えず、従って、加熱装置３４　、
３５は流体および流れ採取管１７双方の温度よりも高い
ほぼ一定した温度差を以って駆動されていると考えるこ
とができる。

マイクロコンピュータ４６は放出した電力（ＶＸｉ）お
よび抵抗Ｒ１即ちＶＸｉの双方、従って、各加熱装置３
４　、３５の温度を計算する。電流は若干変えることが
でき、その結果変化した電力および温度を用いて、流体
および流れ採取管１７の温度を求めることができる。加
熱装置３４　、３５は流れ採取管１７を通じて、流路内
に取付けられる。各加熱装置３４　、３５周囲の局部的
な流れは各加熱装置３４　、３５における流れ採取管１
７の断面積によって定まり、従って、加熱装置６５は先
細部分２１内に数句けられ、加熱装置３５を通る流体の
線状流れが他の加熱装置３４を通る回数の係数Ｒａとな
り、Ｒａはそれぞれの加熱装置６４゜３５における流れ
採取管１７の断面積の比である。

各加熱装置３４　、３５からの伝導および放射損失は同
様であり、従って、第１次数まではこれらの条件を差引
いて取消すことができる。

加熱装置が当該第１温度差の状態にある場合、加熱装置
に供給される電圧および電流がそれぞれ■、およびｉＩ
であって、加熱装置が当該第２温度差の状態にある場合
、加熱装置に供給される電圧および電流がそれぞれ■２
およびＩ２であり且つＡおよびＢが加熱装置の定数の場
合、第一段一階までＲ二Ａ＋ＢＴ、従って、例えばＰＴ
１００白金抵抗温度計について、Ａ　＝　１００オーム
、Ｂ−０，０３８５オーム／’Ｃとするならば、’］’
、＝　（ｖ＋／ｌ＋−Ａ）／ＢおよびＴ２＝　（Ｖ２／
ｉ２−　Ａ　）／Ｂ　となる。　　・・・・・・（１）
この場合、Ｔ１およびＩ２は第１および第２温度差にお
ける加熱装置の温度である。

寸だ この場合、電力１および電力、はそれぞれ、Ｔ、および
Ｉ２において加熱装置３４　、３５に供給される電力で
あり、他方Ｔ流体は流れ採取管１７を通〕関する流体の
温度である。

故に、 〆 Ｔ流体＝（Ｖ２’２Ｔ１　Ｖ＋！＋’Ｌ）／（Ｖ２１．
　Ｖ＋’＋）”１３）となる。

各加熱装置３４　、３５はこの様にして運転され、従っ
て、各加熱装置のＴ流体は正確に計算することができ、
流れ採取管１７内で温度勾配をなくすることを可能にし
、流体の局部温度をさらに測定せずとも推定することが
可能となる。

加熱装置３４　、３５のうちの１つの熱損失は次の通り
となる。

Ｑ、二α、Ｋ　（ＴＳｌ　−Ｔｇ＋　）　（Ｒｅｎ　）
十βＩＫ　（ＴＳＩ　　Ｔｇ＋　）十γ＋　（ＴＳｌ　
　Ｔｂ＋　）＋δ＋　（’ｒＳ１’−’ｒｂ’　）・・
・・・・（４）ここで、ＴＳｌは当該１つの加熱装置の
温度、Ｔｇ＋は当該１つの加熱装置局部における流体の
温度、 Ｔｂ、は当該１つの加熱装置局部におけるセラミック製
取付具の温度、 Ｋは流体の熱伝導率、 α５．β１．γ、およびδ１は当該１つの加熱装置およ
びこれに接続する部品の形状 によって定まる定数、 Ｒｅは流体のレイノルズ数および ｎは加熱装置の形状によって定まる係 数で０．４５から０．５の間の値である。

上記（４）式における第１の条件は各加熱装置が流れ採
取管１７を通過する流体の流れ内にあり、従って、強制
対流させられ、これによって、流体のレイノルズ数に比
例した熱損失が生ずるということに起因し、第２の条件
は加熱装置と隣接するセラミック製取付具間で薄い流体
膜を通り、加熱装置と流体間の温度差によって生ずる熱
伝導率に起因し、第３の条件はアルミナ製ブロック３６
とセラミック製取付具３２　、３３を通る熱伝導率に起
因し、一方第４の条件は加熱装置が流れ採取管１７より
高温であるために生ずる加熱装置からの輻射に起因する
。

明らかなように、加熱装置３５を通る流体の局部速度は
加熱装置６４を通る流体よりもはるかに高速であること
を除いて、加熱装置３４　、３５はほぼ同一の状態にて
運転される。

このようにして、可能性の極めて高いことであるが、Ｔ
ｂ、およびＴｇ＋が同一または極めて類似し、また他の
加熱装置およびそれに接続する部品に関する定数である
α２．β２．β２およびβ２を、加熱装置を適合させる
ことによって、それぞれ定数α７．β１．β１およびδ
、とほぼ同一であるとしたならば、条件（Ｔｓ、　−Ｔ
ｓ２）は上記（２）式から求めることができるので、こ
の条件を用いて、上記式を剰余することが可能である。

各加熱装置３４　、３５０熱損失Ｑ、　、　Ｑ２を除し
て、考慮することによって、 ・・・・・・（５） となる。この場合、Ｔｓ２および１ｇ２はそれぞれ、他
の加熱装置およびその局部流体の温度であり、Ｒｅ、お
よびＲｅ２はそれぞれ加熱装置３４　、３５に隣接する
流体のレイノルズ数である。但し、輻射条件が等しくな
い、即ちＴｇ＋　／Ｔｇ２であるならば多少の誤差は生
ずるであろう。

このようにして、上記方法によって、各加熱装置の流体
に対する真の温度差の計算を行ない、各加熱装置の熱損
失によって除して、且つ加熱装置は幾伺学的に極めて類
似するものと仮定すると、上記方程式（４）の第２．第
３および第４の条件は取消され、方程式（４）における
、流体の熱伝導率におよび流体のレイノルズ数に比例し
た当該第゛１の条件のみが残ることになる。

さらに、上記方程式（５）に関しては、Ｒ，′およびＲ
２は加熱装置３４　、３５それぞれに隣接する流れ採取
管１７の相対断面積によって定まる。これら断面積の比
がＲａであるならば、 ｌｅｅ。

Ｒｅ２二□　　　　・・・・・・・・・（６）　　とな
る。

Ｒａ 従って、各加熱装置３４　、３５の単位温度じＣ）当り
の電力損失（ｍＷ）、即ちその放射定数は、次の式で求
められる。

放射定数差（ｍＷ／Ｃ）＝αＫＲｅ、’（１−−）　　
−（力ａｎ このように、放射定数は流体の熱伝導率、流木のレイノ
ルズ数および比Ｒａによって定凍る。

レイノルズ数の条件は次のように、式（５）から除去す
ることができる。

この場合、ＴｓおよびＴｇはそれぞれ加熱装置およびこ
れら加熱装置の局部流体の平均温度である。

式（８）をたて直すと、次のようになる。

・・・・・・・・・（９） マイクロコンピュータ４６はこのＫの値を用いて、方程
式（力からレイノルズ数ＲｅＯ値を計算する。このレイ
ノルズ数は流れ採取管１７を通る流体のレイノルズ数で
あり、従って、管１５を通る流体のレイノルズ数に比例
しよう。

α、β、γおよびδの値は全て、製造段階において、異
なる熱伝導率が既知である２つのガスを流址絹に通し、
異なる２つの既知温度および既知の流体温度で運転した
場合の加熱装置の熱損失を測定し、較正することによっ
て求められる。さらに、加熱装置は白金抵抗温度側にて
構成されているため、ＴＳＯ値はその抵抗から正確に知
ることができる。

このように、管１５を通る液体のレイノルズ数が計算で
きるため、この液体の粘度が一定であると仮定すると、
レイノルズ数はその粘度で除した流体の重量流量と直接
比例するため、バイブ１５を通る流体の重量流量を庁１
算することができる。上記の言４算は全て、当然、目的
に合わせて適切にプログラムを組んだマイクロコンピュ
ータ４６によって行われる。

上記流量割は次のような利点を有している。

（１）　　加熱装置３４　、３５は流体の温度との差を
若干変化させる技術があるのに拘らず、この温度と比べ
てほぼ一定した温度差を以って、運転するため、流量計
の作動温度には原理上、上限がなく、このため例えば８
００°Ｃ−ｉでも使用することができる。従来の公知流
量割においては、基準加熱装置の比較的滞留する範囲の
温度は所定の使用温度に維持され、主流れ加熱装置に電
気を供給して、その温度が基準加熱装置の温度と等しく
なるよう調節するということと対照的である。このため
、公知の装置においては、流体の温度に上限（例えば、
２００°Ｃ）があり、この温度は当該所定の使用温度よ
り、かなシ低いことを要する。

（２）加熱装置３４　、３５は低温始動時におけるどん
な問題も避けるので有利であるところの正の直線的抵抗
温度係数を有する白金抵抗温度計にて構成されている。

これに対し、当該公知の流量計の加熱装置は負の抵抗温
度係数を有するサーミスタであり、該サーミスタは例え
ば−２０°Ｃ以下といった低温で使用する場合、それ自
身を加熱し、その抵抗を少なくするため十分な電気を受
けることができないため自始動しない。

（３）　上記流量計は比較的滞留する範囲内で基準加熱
装置を使用しない。このためかかる滞留する範囲で使用
することに起因する温度変化、密度変化および凝縮変化
による複雑なことは生しない。かかる複雑さによって、
公知の流量計では誤差が生じ易い。

（４）　　上記流量計は例えばサラソタオートメイショ
ン（５ａｒａｓｏｔａ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　）　９
００　’／リーズマイクロコンピュータのような市場で
入手でき、正しくプログラムを組んだマイクロコンピュ
ータと共に容易に使用することができる。

（５）上記流量計は流体の熱伝導率の変化を完全に、正
しく補正する。

（６）上記加熱装置の温度差を変える技術によって、各
位置で正確な局部温度を求めることができるため、流れ
採取管１７に沿った、およびパイプ１５の中心から壁ま
での温度勾配を補正することが可能となる。

上記流量計において、加熱装置３４　、６５およびそれ
ぞれのセラミック製取付具３２　、３３間のスペースは
加熱装置６４　、３５からの熱損失が、主として、自然
対流ではなく、伝導によるものであることを確実にする
ため、可能な限り狭く（例えば、１．０關を越えず、普
通には０．２３ｍｍ）する。伝導の方が流量計の精度は
大幅に高まる。

このため、自然対流に起因する熱損失を示すところの当
該各間隔のグラストホフ数がほぼ２０００以上とならな
いように配設することが望ましい。

加熱装置３４　、６５とそれぞれのセラミック製取付具
３２　、３３間の間隔は、可能な限り、狭くしであるの
で、はこりまたは復水によって、これらのスペースが汚
れるという虞れがある。しかし、加熱装置６４　、３５
は双方とも、そのうちの一方が比較的滞留する範囲内で
はなく、流れ採取管１７を通る主流れ内にあるため、当
該スペースは自動的に洗滌され易い。さらに、復水を蒸
発させるだめ、加熱装置３４　、３５の温度を上昇させ
ることによって復水を除去することができる。

方程式（９）を用いて得たに値が既知のガスまたは流体
中に存すると考えられるガスのに値を上廻るかどうか観
察することによって、汚れまたは、、：、：縮を発見す
ることができる。

しかし、例えば部分２０を約１５　Ｃ１ｎ５　／３６（
Ｈの速度で流れる流体の場合、加熱装置３５から強制対
流による熱損失が生ずると、加熱装置３４から自然対流
による熱損失を生じしめることになるため、上記流量網
は極めて低速の流れには適さない。これは、熱損失が最
早、方程式（４）に定めたものに一致しないような低速
においては、流量計による重量流量値は正確でないから
である。

しかじ、かかる低速の流れは、第３図および第４図の流
量計によって正しく測定することができる。

第３図および第４図の流量計はおおむね、第１図および
第２図の流量計と同じであり、おおむね同様の方法で作
動されるため、詳細には説明しない。しかし、第３図お
よび第４図の流量計においては、全体として完全に円筒
状で、従って、先細部分２１を有しない流れ採取管５０
を使用している。加熱装置３４　、３５と同一構造をし
た２つの白金抵抗温度計型式の加熱装置５２゜５３を備
える組立体５１が流れ採取管５０の中心部に取−付けで
ある。従って、加熱装置５２　、５３は相互に平行に配
設され、狭少な間隙ａ（第４図）によって、間隔を置い
て配設された板状の部材である。加熱装置５２はリード
線５４　、５５に王ってその電源（図示せず）に接続さ
れ、他方、加熱装置５６はリード線５６　、５７によっ
て、その電源に接続されている。加熱装置５２　、５３
は端スペーサ−６０、６１によって互いに間隔を置いて
配設され、組立体５１は支持具６２　、６６によって流
れ採取管５０内に取付けられている。容易に理解できる
ように、第３図および第４図に示した構造において、加
熱装置５２　、５３は流れが低速の場合に、同時に自然
対流が行われる。しかし、他の流れの場合には、加熱装
置５２　、５３は強制対流によって、流体の流れに対し
、熱を失う。

明らかなように、各加熱装置５２　、５３の他方から離
れだ側部は流れ採取管５０を通じて、流体の流れに開放
し、他方、狭少な間隙ａ内には滞留する流体のポケット
部が形成される。

組立体５１は可能な限り、対称につくられ、各加熱装置
５２　、５３の他方から離れた側部は強制対流によって
、流体流れに対し熱を失う。双方の加熱装置５２　、５
３が同一温度の場合、各々強制対流によってそこを通る
流体に対し、強制対流にて熱を失い、且つ双方とも輻射
および対流によって流れ採取管５０に対し熱を失うが、
一方から他方へ熱は移動しない。

しかし、これらが別の温度である場合、強制対流、伝導
および輻射によって失われる熱に加えて、熱は間隙ａ内
の流体、端スペーサー６０゜６１および支持体６２　、
６３を通る伝導および輻射によって、高温の装置から冷
温の装置へ移動する。同時に、冷温の装置は強制対流、
輻射および流体の伝導によって遅い速度で熱を失なう。

上記の如き方法、即ち加熱装置５２の温度差を１分間、
５０°Ｃに保持し、同時に、加熱装置５２．５３の温度
差を、その後１分間、それぞれ４８°Ｃ１５０°Ｃに保
持し、または平均温度を中心として反対位相にて正弦的
にこれらを変化させることによって、流体の温度に対す
る加熱装置５２　、５３の温度差を変化させるだめマイ
クロコンピュータ４６を採用することができる。

この状態において、高温の加熱装置および低温の加熱装
置からの定態熱損失Ｑ、、Ｑ２はそれぞれ、次の通りで
ある。

Ｑ、＝αＫ　（Ｔ　ｓ　＋　　Ｔｇ　）　Ｒｅ”＋βＫ
（ＴＳ、　　Ｔ’ｓ２）十δ（Ｔｓ、４−Ｔｓ；’）＋
ｒ（Ｔｓｌ’Ｔｓ２）十ε（Ｔｓｌ’　　Ｔｏ’）　　
叩・・ＧＯ）ここでεは加熱装置の表面積および周囲の
幾何学的形状によって定まる定数で、Ｔ１１は本体温度
、即ち流れ採取管１７の壁の温度である。

方程式（１０）において、第１の条件は強制対流に起因
し、第２の条件は流体を通じて１つの加熱装置から他方
へ移動する伝導に起因し、第３０粂件は流体を通じて１
つの加熱装置から他方へ移動する輻射に起因し、第４の
条件はブロック６６を通じての伝導に起因し、第５の条
件は１つの加熱装置から流れ採取管１７の壁に移動する
輻射に起因する。

Ｑ２＝αＫ（ＴＳ２−Ｔｇ　）Ｒｅｎ−βＫ（Ｔｓ、−
Ｔｓ、）−δ（Ｔｓ、４−ＴＳ２’）−ｒ（Ｔｓ、−’
ｒｓ２）十ε（’ｒｓ２’−’ｒＢ’）　　−曲０υＴ
ｇの値は上記の如く、温度変化を変える。ことによって
求められるから、方程式（１ｏ）および旧）の各側をそ
れぞれ（Ｔｓ、−Ｔｇ　）および（ＴＳ２　Ｔｇ　）で
除したならば、 ＋　Ｔｌｌ　）　（Ｔｓ２＋ＴＢ’　）　　　　−・曲
・（１２）と・なる。

この場合、Ｔｓは（’ｒｓ＋　＋　ＴＳ２）／２である
。

輻射条件はゼロ・オフセットとして較正することができ
る。再び差引きによって、 （ＴＳ２＋　Ｔ、’）　＋　２γ　　　　曲叩・（１３
）となる。

β、γおよびδの値は熱伝導率の異なるガスを用い、異
なる流体温度において校正することにより求められる。

従って、Ｋ値は方程式（Ｉ３）から計算できる。次いで
、このに値を方程式（１２）に用い、正確なレイノルズ
数を求め、これから流体の粘度を差引くと、重量流量を
得ることができる。

グラストホフ数が２０００以下、即ち であれば、加熱装置５２　、５３間では自然対流は生じ
ない。この場合、ρは密度、μは流体の粘度、およびＸ
は加熱装置の互いに離して配設した距離である。

高温の場合には間隔を狭くすることが必要であるが、Ｘ
が約０．２５ｍｍであることを確実にすることによって
、これは色々な場合に、広範囲の圧１）および温度につ
いて達成することが容易である。しかし、この場合、極
めて正確に温度を測定することが必要であるとするため
に、Ｑ２二〇およびＴｓ、−Ｔｇ　＝　５０°Ｃとさえ
しても、’Ｊ’ｓ、　−ＴＳ、はわずか約４°である。

しかし、各加熱装置５２　、５３が他方と比べて、交互
に高温および低温になるようにすれば、温度変化を測定
することは尚更、容易となる。このため、例えば最初の
１分間は加熱装置５２の方が加熱装置５６よシも高温で
、次の１分間は加熱装置５６の方が加熱装置５２より高
温であるようにすることができる。

実際上、１分間隔で、加熱装置５２　、５３を交互に運
転することは連続的に、まだは間欠的に反復して行なう
ようにすることができる。加熱装置５２　、５３の平均
値を読取ることによって、これら装置が流れ採取管５０
と完全には直角となっていないという問題を解決するこ
とができる。

第３図および第４図に示しだ流量側は次のような利点を
有している。

（１）双方の加熱装置５２　、５３は共に、低速の流れ
において、自然対流を行なうので遅い流れに使用するの
に適している。

（２）加熱装置５２　、５６の温度を細かく変化させた
場合であっても、これら装置から出る２つの信号の合計
は細かく変化させた部品のない流れ信号となる。

第１図および第２図、または第３図および第４図に示し
た何れかの構造において、Ｋ値が所定の範囲外になった
場合を示すようマイクロコンピュータ４６のプログラム
を組むことができる。

これは、狭少間隙３７ａが汚れて、流量計は洗滌を必要
とすることを示すものである。さらに、組立体５１は加
熱装置３４．３５の組立体と同様に、図示するように４
つのリードａ　５６　、５７を備え、電気と抵抗を正確
に知ることができるようにすることが望ましい。

上述の装置において、パイプ１５を通る主流れの重量流
量は流れ採取管１７を通る採取した流れの重量流量を求
めることによって知ることができる。しかし、主流れが
十分に小さいならば、例えばパイプ１５の外径が０．６
４　Ｃ７ｒＬ　（’Ａ　イア　−７−）　ｒｙ）場合、
流れ採取管１７は使用する必要がなく、少なくとも１つ
の加熱装置をパイプ１５内に位置させることができる。

第５図には、本発明に従った流量言１の第３の実施態様
の一部を形成する探釧６４が示しである。

この探針６４はパイプ６６の壁６５に取付けたハウジン
グまたはポケット６８の壁６７を通って伸長し、この壁
６７内に密封されている。該パイプ６６は重量流量を求
めんとする流体を流すことができる。

探針６４は内部に導管７０を有している。導管７０はポ
ケット６８から流体（例えばガス）が流入することので
きる吸込ロア２および流体がパイプ６６に復帰すること
のできる排出ロア１を備えている。導管７０１ｄ４だ、
吸込ロア２の外方に伸長し、従って比較的滞留する流体
を収容する部分７３を備えている。吸込ロア２から離れ
だ部分７６の端部には、基準加熱装置７４が取付けられ
、他方、導管７０を通る流体の主流れ内には主流れ加熱
装置７５が配設しである。基準加熱装置７４はポケット
６８の直径の少なくとも２倍に相当する距離だけ、吸込
ロア２から間隔を置いて配設されている。（但し、簡略
化のためポケット６８は図示していない。）各加熱装置
７４　、７５は白金抵抗温度計とすることができる。加
熱装置７４　、７５はそれぞれ支持具７６．７７によっ
て探釧６４内に取付けである。

基準加熱装置７４および主流れ加熱装置７５はマイクロ
コンピュータ８１のデータベース８０がら、各加熱装置
７４　、７５の温度が常に、導管７０を通る流体の温度
より高いようにする電圧の供給を受ける。主流れ加熱装
置７５に供給される電気が計画した周期的な動揺を起こ
すことがなく、主流れ加熱装置７５に供給される電圧は
該加熱装置７５が基準加熱装置゛７４の平均温度差、例
えば導管７０を通る流体の温度より５０°Ｃ高いのとほ
ぼ同じ温度差を保持することができるものである。他の
ものは全て不変であっても流れと共に電気を増大させて
、温度差を維持しなければならないことに留意すべきで
ある。このようにして、上記方程式（４）において、Ｑ
ｌはＲｅの増大と共に増加する。しかし、基準加熱装置
７４に供給される電圧は、加熱装置７４の当該一定の温
度差とほぼ等しい平均温度を維持する一方、所定のサイ
クル、例えば４８秒を通じて正弦的に変動する。第６図
に示すように、基準加熱装置７４へ供給される電気が正
弦的に変動することによって、基準加熱装置７４の温度
は、遅延して正弦的に変化する。

基準加熱装置７４の温度を当該４８秒サイクル間で毎秒
読取った場合には、マイクロコンピュータ８１は次の計
算を実行することができる。

ここでＷ（以下に述べるθ平均値と同じである）は基準
加熱装置７４０４８秒の１正弦ザイクルにおける平均温
度である。

θ１は基準加熱装置７４の温度の瞬間値であり、θ。は
サイクル開始時における基準加熱装置７４の初期温度で
あり、θ１．θ２はそれぞれ、１秒および２秒後におけ
る基準加熱装・置の温度であり、ＵおよびＶはフーリエ
の理論から次のように生ずる便宜的な符号である。

ｆ（ｔ）＝　ａｏ−１−ａ、ｓｉｎ　ωｔ　＋−・−−
−・・−ａｎｓｉｎ　ｎωｔ＋ｂ、ｃｏｓωｔ＋・・・
−−−−−−ｂ、　ｃｏｓ　ｎωｔ　・・・・・・（１
′０ここで、ｆ　（ｔ）はｌ／ωの周期数の周期関数で
ある。係数ａｌ等およびｂｌ等は次の式で表わされる。

−１２π ａｎ−−ｆ　　ｆ（ｔ）、５ｉｎｎｃｃ＋ｔ、ｄｔ　　
　−−−−−−−−−Ｑｇ）２π　　０ １２π １）ｎ−−ｆｆ（ｔ）、ｃｏｓｎωｔ、ｄｔ・・・曲・
・（１ｇ１２π　　Ｏ Ｗはａ。と同値である。

Ｕはａｌと同値である。

Ｖはす、と同値である。

正弦電力変化によって基準加熱装置７４を励起し、シス
テムが直線的であるので、”２１ｂ２および係数ａ、ｂ
の高い値は全てゼロであると予想する。

式（１８）および（１９）の積分は次のように加算する
ことで代えることができる。

ここでｒ（ｔ、）二θ１．瞬間温度である。故に、・・
・・・・・・・（２υ ４８秒サイクルの終わりにおいて、θ平均値（即ちＷ）
を計算することができ、基準加熱装置７４の温度振幅の
未補正値は、 ＝　Ｊ　Ｕ　Ｚ　＋Ｖ　２　　となる。

基準加熱装置７４は熱質量を有しているため、その温度
サイクルはそれに加えた電気の変化に対し、位相角φだ
け遅れる。

ｔａｎφ＝−Ｖ／Ｕ　　　　　　、−０−０−１−９＋
２３＋大気温度を計算するためには、もしかかる遅れが
ないとした場合、即ち基準加熱装置７４の変化を極めて
ゆっくりと行なったならば、生じるであろう変化振幅を
求めることが必要である。

この振幅は次の式で求められる。

’　１　＋ｔａｎ２φ　’　”Ｕ２＋Ｖ２＝Ｖ／Ｕ２＋
２ｖ２＋ｖ４／Ｕ２四間・（２４）導管７０内が汚れた
場合、Ｖ／Ｕの値、即ち、時間定数は変化する。

Ｔ　＝−Ｖ／Ｕω＝　−Ｖ／Ｕ／（２π／４８　）　　
・・聞（２５）ここで、Ｔ−ポケット６８内の流体およ
び平行な支持具７６の熱質量／複合伝導率である。

ポケット６８の流体および平行な支持具７６の複合伝導
率は次の式で求められる。

Ｓｕ−基準加熱装置７４への供給電気の変化振幅／基準
加熱装置７４の温度変化の補正振幅。

このようにして、基準加熱装置７４の熱質量を割算する
ことができる。これが変化すると、ポケット６８および
（または）基準加熱装置７４の汚れが示される。

簡単に云うと、導管７０およびポケット６８内の流体の
温度は次の式で求められる。

ここで、Ｐ平均値は、基準加熱装置７４に供給される平
均電気である。

０流体は導管７０をを通り、ポケット６８を充填する流
体の温度である。

しかし、基準加熱装置７４に対する熱妨害によって生じ
、探針６４の本体中を通る波長の影響について、補正す
ることが車重しいため、上記式によって得られたＳｕＯ
代わりに、Ｓを使用するこ′とが望ましい。この場合Ｓ
は支持具７６および導管７０を通る流体の複合熱伝導率
である。

Ｓは次のようにして割算される。

Ｓｕ Ｓ−□　　　　・・・・・・・・（２７）（１＋　Ｆ５
・Ｓｕ） ここでｌｉ’５＝　ａ　＋　ｂｓ　＋　ｃｓ２＋ｄｓ”
　、でａ、ｂ、ｃおよびｄは較正定数である。

次の式によって、導管７０を通る流体の熱伝導率に流体
は複合熱伝導率Ｓに関係つけられる。

Ｋ流体＝　ｅ　＋ｆｓ　＋ｇｓ２＋　ｂｓ３・−・・・
・（２８）ここで、Ｃ＋ｆ＋ｇおよびｌ〕は較正定数で
ある。

Ｋ流体およびθ流体値が求められたら、これらの値およ
び主流れ加熱装置７５からの熱損失をもとにマイクロコ
ンピュータ８１を使用して、方程式（４）から、自然対
流の条件を無祝し、較正によって定まる輻射および伝導
の条件に補正して、レイノルズ数Ｒｅを計算する。この
ようにして、−７’ｌクロコンピユータ８１はバイブ６
６を通る流体のレイノルズ数を計算する。

θ流体は才だ、Ｓｕの代わりにＳを使用して補正するこ
とが望ましい。即ち、θ流体二〇平均値＝Ｐ平均値／Ｓ
　　　　　　・・・・・・・・・Ｃ２勅となる。

簡単な理論から次のように考えることができよう。

１エ１　　　＋− ８Ｋ流体　　Ｋ支持具 まだは、 Ｋ流体について式をたて直すと、 ここで、Ｋ支持Ａは支持具７６の熱伝導率である。

しかし、実際は、ＫＩＭ、体は上記公式（２８）で割算
した方がよい結果が得られ、それは、実験結果と尚更良
く一致する。これは物理学的に次のように説明すること
ができる。伝導率の極めて高い流体の場合、支持体７６
は伺更甑く冷却でき、従って、伝導あ有効面積は小さ・
くなる。しかし、伝導率の劣る流体の場合、支持具７６
は高温となり、従って流体中の伝導有効面積も増大する
。

当該第３実施態様に関する上記説明は基準加熱装＠７４
の瞬間温度を４８点で測定することに基づいているが、
この測定点の数は全く例外的なものであることが容易に
理解できるだろう。

しかし、得られた結果の正確性は明らかに、測定した数
に関係し、はぼｆＴとして向上する。

従って、４８点での測定は１点限りの評価と比べて約７
倍区好である。。

第３実施態様においてに流体およびθ流体を計算した方
法を用いて、第１および第２実施態様におけるに流体お
よび０流体の値を計算することもできることが理解でき
よう。

さらに、基準加熱装置７４に供給する電気の正弦的変動
について上に説明したが、この電気供給を周期的に変化
させることも理論上、可能である。

第７図を参照すると、マイクロコンピュータ８１のデー
タベース８０はＣＰＵ（中央処理装置）部分８２、ＲＡ
Ｍ　（乱アクセス記憶装置）部分８３、■ζＯＭ（読出
し専用記憶装置）部分８４、ＥＡ　ＲＯＭ／ＥＥ　ＰＲ
ＯＭ　（電気的再書込み可能読出し専用記憶装置／電気
的消去可能、プログラム可能読出し専用記憶装置）部分
８５およびＤ対Ａ（デジタル・アナログ）およびＡ対Ｄ
（アナログ・デジタル）部分８６を備えている。

Ｄ対ＡおよびＡ対り部分８６は補助アナログ人力８７（
例えば、４−２０　ｍＡまたは１−５Ｖ）および加熱装
置７４　、７５からの人力で電気を供給される。これら
の入力は、例えば、加熱装置７４゜７５からの入力、お
よび（または）白金プラチナ抵抗温度計（図示せず）、
もしくはパイプ６６内に配設した他の温度センサからの
入力を備えている。補助アナログ人力８７は筐た、部品
６４　、８１と同様であるが、流体の範囲に対する計器
の領域が例えば８対１であるのを７０対１に広げ、高範
囲または低範囲の流れを測定することができるように配
設した別のマイクロコンピュータおよび各探釧（図示せ
ず）からの人力を備えることができる。かかる配役は例
えば２４時間のどの時点でも大幅に変わるガス消費量を
測定するのに極めて役立つ。

上記の入力は全てアナログ入力であるが、これらは処理
できるよう部分８６内でデジタル形態に変換される。か
かる処理の後、これらは例えば４−７．０１ｎＡのアナ
ログ出力として送ることができるよう部分８６内にて、
アナログ形態に再変換される。この出力は例えば、２４
時間に重量流量がどのように変化するかを示すためチャ
ート記録計またはその他の割器（図示せず）に送ること
ができる。

主プログラムはＣＰＵ部分８２の作動を制御するＲＯＭ
部分８４内に支持され、ＲＡ　Ｍ部分８６はＣＰＵ部°
分８２からの情報を一時的に記１．ハする。

ＥＡ　ＲＯＭ／ＥＥ　ＰＲＯＭ部分８５は変化は容易で
あるが、頻繁には変化させない不揮発性コンピュータ定
数およびプログラム連結を収容している。

ＲＡＭ部分８６との情報はデータベースアクセスおよび
モニタ９１を経由して、けん盤／ディスプレイ９２およ
び通信インタフェース９３間にて送受信される。該イン
タフェースはＲＡＭ部分９６からの情報を電話、無線、
衛星、その他の通信回線によって遠隔地１で送信するこ
とを可能にする。

データベースアクセスおよびモニタ９１は周辺インタフ
ェースアダプタ（ＰＩＡ）および調歩式伝送インタフェ
ースアダプタしＡ（１：Ａ、）を備え、後者によって、
情報をＲＡＭ部分８３と常時送受信することが可能とな
る。

データベースアクセスおよびモニタ９１は可聴または可
視警報を出すことができるようリレー（図示せず）の接
触密閉装置を作動するために配設することができる警報
作動装置９４に接続されている。かかる警報は例えば、
測定した重量流量が所定の範囲外であった場合に出すこ
とができる。

データベース８０はまた図示するように配設し、・５ル
ス総合計出力９５を生じ単位時間当シの重量流量または
体積流量またはエネルギ流量を指示することができる。

例えば、ガスの流量を測定するならば、ガスの一定の立
方流量がある点を越えた場合には必もずリレー接点を閉
じることができる。この接点が１時間にＸ回閉じた場合
、パルス総合計出力９５は時間当りのＸ単位とし２て、
時間当りの立方流量を示すであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は流体の重量流量を測定する、本発明に従った流
量側の第１実施態様における１部分の断面図、第２図は
第１図の流箪割の別の部分に関するブロック図、第３図
は流体の重量流量を測定する、本発明に従った流量計の
第２実施態様における１部分の概略斜視図、第４図は第
３図に示した構造体の１部分の概略図、第５図は流体の
重量流量を測定する、本発明に従った流量計の第３実施
吐様における１部分の部分断面図、第６図は前記第３実
施態様の一部を構成する電気加熱装置に関し、電気−お
よび温度が経時的に変動する状態を示したグラフ図、お
よび第７図は前記第３実施態様のブロック図である。 １０・・・流量絹、１１・・・柄、１２・・・ハウジン
グ、１６・・・開口部、１４・・・壁、１５・・・パイ
プ、１６・・・ハウジング、１７・・・流れ採取管、２
２山吸込路、２３・・・環状スペース、２５・・・探針
、２６・・・排出路、６２・・・セラミック製取付具、
３６・・・セラミック製取付具、６４・・・加熱装置、
６５・・・加熱装置、６６・・・アルミナブロック、３
７・・・狭少間隙、４４　、４５・・・変換器、４６・
・・マイクロコンピュータ。 代理人　弁理士　小　川　信　− 弁理士　野　口　賢　照 弁３浬士　話　下　和　彦 ２９３ Ｆｔ々、４゜ Ｆｉｇ、６゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体のレイノルズ数または一前記レイノルズ数によ
   って値の定まる流体パラメータを測定する方法において
   、導管に流体を通す段階と、前記導管の各部分内におい
   て、少なくとも１つの電気加熱装置が流体と熱伝導関係
   となるよう、に配設する段階と、前記または各加熱装置
   に電気を供給する段階と、加熱装置または少なくとも１
   つの加熱装置に対する電気量を変化させ、流体の温度に
   対するその温度差を変え、他方、加熱装置の温度が常に
   流体の温度より高いことを確実にする段階と、前記変化
   を行なう間の異なった時点において、前記または各加熱
   装置の温度を感知する段階と、それに基づいて、前記ま
   たは少なくとも１つの加熱装置の単位温度当たりの電気
   損失を求める段階と、および単位温度当たりの前記電気
   損失を用いて、前記レイノルズ数または前記パラメータ
   を計算する段階と、から成ることを特徴とする流体のレ
   イノルズ数を測定する方法。 ２　導管内に２つの同様な加熱装置があり、加熱装置を
   異なる温度で同時に作動させた場合に、各加熱装置の電
   気損失の差を求めることによって前記計算を行なうこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した流体のレ
   イノルズ数を測定する方法。 ３・　２つの同様な加熱装置の各々を流体の温度より高
   い温度に維持することを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載した流体のレイノルズ数を測定する方法。 ４、　各加熱装置を常に、流体の温度より少なくとも３
   ０°Ｃ高い温度で作動させ、加熱装置を作動させる温度
   がいかなる時でも互いに５°Ｃ以上異ならないことを特
   徴とする特許請求の範囲第３項に記載した流体のレイノ
   ルズ数を測定する方法。 ５、　各加熱装置を流体の温度まで冷却できることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載した流体のレイノ
   ルズ数を測定する方法。 ６、　導管が流体の主流れが通過するパイプと連通ずる
   流れ採取管を備えることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第５項の倒れかに記載した流体のレイノルズ数
   を測定する方法。 ７、　前記まだは各加熱装置が正のほぼ直線的抵抗の温
   度特性を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第６項の倒れかに記載した流体のレイノルズ数を測
   定する方法。 ８　前記または各加熱装置が白金抵抗温度計であること
   を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載した流体のレ
   イノルズ数を測定する方法。 ９　前記−または各加熱装置を間隔のグラストホフ数が
   ほぼ２０００を越えないように、支持具または別の加熱
   装置から間隔を置いて配設することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第８項の倒れかに記載した流体のレ
   イノルズ数を測定する方法。 １０、　　各加熱装置を別の加熱装置と比べて相対的に
   高温および冷温となるよう交互に作動させることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項乃至第９項の何れかに記載
   した流体のレイノルズ数を測定する方法。 １１、　　流れ採取管がその内部に２つの同様の加熱装
   置を備え、そのうちの１つを流れ採取管の部分で断面積
   がほぼ一定である第１部分内に配設し、他方を流れ採取
   管の部分で先細部を有するか、または第１部分と異なる
   断面積がほぼ一定である第２部分内に配設することを特
   徴とする特許請求の範囲第６項に記載した流体のレイノ
   ルズ数を測定する方法。 １２、流れ採取管がその内部に、２つの同様の加熱装置
   を相互に隣接して配設することを特徴とする特許請求の
   範囲第６項に記載した流体のレイノルズ数を測定する方
   法。 １３、　　加熱装置が相互に平行に配設した板状部材で
   おることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載し
   た流体のレイノルズ数を測定する方法。 １４、導管が流体のほぼ滞留する部分を有し、前記部分
   内に前記加熱装置を配設することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第１０項のイ司れかに記載した流体の
   レイノルズ数をＩ１１定する方法。 １５、前記はぼ滞留する部分内のカロ熱装置にカロえて
   、流体が流れる導管の主部分内にもカロ熱装置を配設す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載した
   流体のレイノルズ数をＩｌｌ定する方法。 １６　　前記はぼ滞留する部分内におけるカロ熱装置が
   流体の温度との温度差を変化させるため電気を変化され
   る唯一の加熱装置であることを特徴とする特許請求°の
   範囲第１５項に記載した流体のレイノルズ数を測定する
   方法。 １７、　　前記加熱装置または少なくとも１つのカロ熱
   装置に供給する電気量を周期的に変イヒさせて、各加熱
   装置の温度をほぼ周期的な変化の行われる間の複数の時
   点で求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第１６項のイ司Ｊ１力１に言己載した流体のレイノルズ
   数を測定する方法。 １８、前記温度を用いて、各加熱装置の平均温度、その
   温度の変化振幅および温度と電気間の位相遅れを推定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載した
   流体のレイノルズ数を測定する方法。 １９　　前記振幅を前記位相遅れを用いて修正し、未減
   衰振幅を求め、平均温度と共に前記未減衰振幅を用いて
   、大気温度を求めることを特徴とする特許請求の範囲第
   １８項に記載した流体のレイノルズ数を測定する方法。 ２０、電気を周期的に変えた加熱装置の熱妨害によって
   生ずる波長の影響を補正するために修正することを特徴
   とする特許請求の範囲第１７項乃至第１９項の何れかに
   記載した流体のレイノルズ数を測定する方法。 ２１、流体のレイノルズ数または前記レイノルズ数によ
   って値が定められる流体の、Ｃラメークを測定する装置
   において、導管と、前記導管のそれぞれの部分内におい
   て流体と熱伝導関係にある少なくとも１つの電気加熱装
   置と、前記または各加熱装置に対し、電気を供給する装
   置と、流体の温度との温度差を変えるため、前記加熱装
   置の少なくとも１つに対して供給される電気量を変動さ
   せ、他方、加熱装置の温度が常に流体の温度より高いこ
   とを確実にする装置と、前記変動間の異なる時点におい
   て加熱装置の温度を感知する装置と、これに基づいて前
   記または少なくとも１つの加熱装置の単位温度当りの電
   気損失を求める装置とおよび単位温度当りの前記電気損
   失を用いて、前記レイノルズ数または前記パラメータを
   計算する装置とを備えることを特徴とする流体のレイノ
   ルズ数を測定する装置。