JPS5997009A - 流量測定トランスデュ−サ - Google Patents
流量測定トランスデュ−サInfo
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- JPS5997009A JPS5997009A JP58198965A JP19896583A JPS5997009A JP S5997009 A JPS5997009 A JP S5997009A JP 58198965 A JP58198965 A JP 58198965A JP 19896583 A JP19896583 A JP 19896583A JP S5997009 A JPS5997009 A JP S5997009A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow
- optical signal
- vortex
- conductor
- fluid
- Prior art date
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- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/661—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters using light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
- G01F1/3266—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations by sensing mechanical vibrations
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。
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、流体の流量を測定するためのトランスデユー
サに係り、更に詳細には渦発生式流量測定トランスデユ
ーサに係る。
サに係り、更に詳細には渦発生式流量測定トランスデユ
ーサに係る。
流体の流れ内に配置された流通抵抗の大きい(非流線形
の)物体は、カールマン渦現象の原理に基づいて該物体
より渦を発生させることが従来より知られている。かか
る渦の発生は物体の外面に沿って流体の境界層が形成さ
れることによるものであり、物体の流線形度合が不足し
ていることにより境界層内の流れが物体の外形に倣って
流れることが阻害され、これにより流体の流れは物体よ
り離れ′、渦巻状に流れて一連の渦が発生する。
の)物体は、カールマン渦現象の原理に基づいて該物体
より渦を発生させることが従来より知られている。かか
る渦の発生は物体の外面に沿って流体の境界層が形成さ
れることによるものであり、物体の流線形度合が不足し
ていることにより境界層内の流れが物体の外形に倣って
流れることが阻害され、これにより流体の流れは物体よ
り離れ′、渦巻状に流れて一連の渦が発生する。
かかる渦は物体の両側より交互に周期的に発生され、そ
の結果生じる流れのパターンはカールマン渦として知ら
れている渦の空間的にJ騒動する軌跡よりなっている。
の結果生じる流れのパターンはカールマン渦として知ら
れている渦の空間的にJ騒動する軌跡よりなっている。
また上述の如き渦の発生はそれに応答し得る流れの大き
さに関連していることが従来より知られている。流体の
流れ内に配置された物体が円柱体である場合には、渦は
流体の流速に比例し円柱体の直径に反比例した周波数に
て発生し、この場合の周波数は以下の如く表わされる。
さに関連していることが従来より知られている。流体の
流れ内に配置された物体が円柱体である場合には、渦は
流体の流速に比例し円柱体の直径に反比例した周波数に
て発生し、この場合の周波数は以下の如く表わされる。
N=S (V/D)
ここに
Nは渦が円柱体の一方の側より発生する周波数であり、
■は流体の自由流の流速であり、Dは円柱体の直径であ
り、Sは広い範囲のレイノルズ数に対し実質的に一定で
あるストルーハル数である。
■は流体の自由流の流速であり、Dは円柱体の直径であ
り、Sは広い範囲のレイノルズ数に対し実質的に一定で
あるストルーハル数である。
流通抵抗を与える物体より渦が発生される周波数を測定
することにより流体の流速を示す信号を発生せんとする
種々の流ffi測定トランスデユーサが従来より提案さ
れている。また渦の発生周波数、従って流量を測定すべ
く間接的に渦を検出する種々の方法が従来より提案され
ている。これら既に提案されている方法の中には、流体
の流れ内に配置された加熱されたワイヤの温度変化を検
出することにより、流体の流れ内に於ける超音波の変調
を測定することにより、圧電気式の圧力センサを用いて
渦の発生に伴なう圧力パルスを検出することにより、金
属シャトルの変位を磁気的に検出することにより、可撓
性薄膜の変位を電気容量の変化として検出することによ
り、流体の流れ内に配置された瓦状片に作用する力を歪
みゲージにて検出することにより、渦を検出するものが
ある。渦を検出する上述の如き方法は種々の理由からご
く限られた場合にしかうまく行かない。例えば電磁気的
干渉を感知するセンサが用いられた流a計は、周囲の電
気的ノイズのレベルが高い航空機内の如き環境や工業的
環境に於ては使用不可であることが多い。
することにより流体の流速を示す信号を発生せんとする
種々の流ffi測定トランスデユーサが従来より提案さ
れている。また渦の発生周波数、従って流量を測定すべ
く間接的に渦を検出する種々の方法が従来より提案され
ている。これら既に提案されている方法の中には、流体
の流れ内に配置された加熱されたワイヤの温度変化を検
出することにより、流体の流れ内に於ける超音波の変調
を測定することにより、圧電気式の圧力センサを用いて
渦の発生に伴なう圧力パルスを検出することにより、金
属シャトルの変位を磁気的に検出することにより、可撓
性薄膜の変位を電気容量の変化として検出することによ
り、流体の流れ内に配置された瓦状片に作用する力を歪
みゲージにて検出することにより、渦を検出するものが
ある。渦を検出する上述の如き方法は種々の理由からご
く限られた場合にしかうまく行かない。例えば電磁気的
干渉を感知するセンサが用いられた流a計は、周囲の電
気的ノイズのレベルが高い航空機内の如き環境や工業的
環境に於ては使用不可であることが多い。
上述の如き流m計及び他の従来の渦発生式流量計の欠点
の幾つかを解決すべ(、流れ内に存在する渦を光学的に
検出する流量計が提案されている。
の幾つかを解決すべ(、流れ内に存在する渦を光学的に
検出する流量計が提案されている。
かかる光学的渦発生式流胆計は例えば流れ内を通過する
光線が渦によって変調されることを検出することにより
、渦が存在することによる流体の屈折率の変調を検出づ
ることにより、または渦の作用によって振動する物体に
より光線が変調されることを検出することにより渦の存
在を検出せんとするものである。これらの光学的流量計
もごく限られた場合にしか実用に供し得ないものである
。
光線が渦によって変調されることを検出することにより
、渦が存在することによる流体の屈折率の変調を検出づ
ることにより、または渦の作用によって振動する物体に
より光線が変調されることを検出することにより渦の存
在を検出せんとするものである。これらの光学的流量計
もごく限られた場合にしか実用に供し得ないものである
。
渦により光線を変調する上述の如き種々の光学的流量計
は、条件によっては必ずしも正確なものではない。また
振動する物体により光線の変調が行われる流量計も、物
体の運動を案内するガイドや物体の運動を制限するスト
ッパ等が早期に摩耗するので信頼性及び保守性に優れた
ものではない。
は、条件によっては必ずしも正確なものではない。また
振動する物体により光線の変調が行われる流量計も、物
体の運動を案内するガイドや物体の運動を制限するスト
ッパ等が早期に摩耗するので信頼性及び保守性に優れた
ものではない。
一般に、光学的にまたは他の方法により渦の存在を間接
的に検出する流量計は流体の流れ内に存在し流量計の精
度及び感度に悪影響を及ばずノイズの影響を受は易い。
的に検出する流量計は流体の流れ内に存在し流量計の精
度及び感度に悪影響を及ばずノイズの影響を受は易い。
本発明の目的は、感度、精度、保守性に優れ、また製造
コストが低い渦発生式流nt測定トランスデユーサを提
供することである。
コストが低い渦発生式流nt測定トランスデユーサを提
供することである。
本発明によれば、トランスデユーサの内部へ光学信号を
伝達し渦の発生に応答して光信号を変調させる単一の光
学要素を組込まれた光学的流量測定トランスデユーサに
より、流体の流れ内に存在する渦が直接検出され、従っ
て流体の流量が測定される。好ましい実施例に於ては、
光学要素は流体がトランスデユーサを貫流することを許
し一様な流速分布を確立する導管より片持ち支持された
光ファイバを含むトランスミッタを含んでいる。
伝達し渦の発生に応答して光信号を変調させる単一の光
学要素を組込まれた光学的流量測定トランスデユーサに
より、流体の流れ内に存在する渦が直接検出され、従っ
て流体の流量が測定される。好ましい実施例に於ては、
光学要素は流体がトランスデユーサを貫流することを許
し一様な流速分布を確立する導管より片持ち支持された
光ファイバを含むトランスミッタを含んでいる。
例えば第二の光ファイバを含む光学的レシーバが導管内
に配置され、流体が停滞した条件下または流速を無視し
得る条件下に於ては第一の光ファイバと整合される。ト
ランスミッタの表面を越えて流体が流れることにより発
生する渦によりトランスミッタに振動が付与され、その
振動によりトランスミッタよりレシーバへ伝達される光
信号が周期的に遮断される。変調された信号の周波数の
値、従ってトランスデユーサを通過する流体の流速を示
す信りを発生すべく、適当な検出回路(本発明の一部を
構成するものではない)がレシーバに接続される。
に配置され、流体が停滞した条件下または流速を無視し
得る条件下に於ては第一の光ファイバと整合される。ト
ランスミッタの表面を越えて流体が流れることにより発
生する渦によりトランスミッタに振動が付与され、その
振動によりトランスミッタよりレシーバへ伝達される光
信号が周期的に遮断される。変調された信号の周波数の
値、従ってトランスデユーサを通過する流体の流速を示
す信りを発生すべく、適当な検出回路(本発明の一部を
構成するものではない)がレシーバに接続される。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
詳細に説明する。
添付の各図に於て、本発明による流量測定トランスデユ
ーサが符号10にて全体的に示されている。流量測定ト
ランスデユーサ10は該トランスデユーサにより流速を
測定されるべき流体が貫流する導管15を含んでいる。
ーサが符号10にて全体的に示されている。流量測定ト
ランスデユーサ10は該トランスデユーサにより流速を
測定されるべき流体が貫流する導管15を含んでいる。
流体はS管15内を第1図の矢印の方向へ流れる。導管
15の断面はその内部を流れる流体の流速分布が一様に
なるよう設定されている。導管15は流通抵抗を与える
コンダクタ(トランスミッタ)20を片持−ち支持して
おり、該コンダクタはそれを越えて流体が流れることに
よりカールマン渦が発生することに応答して振動する。
15の断面はその内部を流れる流体の流速分布が一様に
なるよう設定されている。導管15は流通抵抗を与える
コンダクタ(トランスミッタ)20を片持−ち支持して
おり、該コンダクタはそれを越えて流体が流れることに
よりカールマン渦が発生することに応答して振動する。
コンダクタ20は光源22に接続されるよう構成されて
おり、連続的な光信号がコンダクタに沿って光源22よ
り伝達されるようになっている。好ましい実施例に於て
は、コンダクタは公知の任意の好適な材料よりなる光フ
ァイバを含んでいる。コンダクタ20はその側面にアル
ミニウム又はクロムの如き材料の不透明な被覆25が施
されている。不透明な被覆25はフンダしており、コン
ダクタの自由端より光信号が発出し得るよう自由端には
スリット孔(窓>30が設けられている。スリット孔3
0は、コンダクタ20より発射された光信号を受ける後
述のレシーバ装置により渦の発生が検出されるのに必要
とされるコンダクタの敷居値振幅を効果的に低減する。
おり、連続的な光信号がコンダクタに沿って光源22よ
り伝達されるようになっている。好ましい実施例に於て
は、コンダクタは公知の任意の好適な材料よりなる光フ
ァイバを含んでいる。コンダクタ20はその側面にアル
ミニウム又はクロムの如き材料の不透明な被覆25が施
されている。不透明な被覆25はフンダしており、コン
ダクタの自由端より光信号が発出し得るよう自由端には
スリット孔(窓>30が設けられている。スリット孔3
0は、コンダクタ20より発射された光信号を受ける後
述のレシーバ装置により渦の発生が検出されるのに必要
とされるコンダクタの敷居値振幅を効果的に低減する。
コンダクタ20より発射された光信号を受けるレシーバ
装置35が、静止状態にあるコンダクタと整合した状態
にて導管15内に配置されており、コンダクタが制限を
受けずに振動し得るようコンダクタより僅かに隔置され
ている。好ま5しい実施例に於ては、レシーバ装置35
はコンダクタ20と同様前述の公知の材料のいずれかよ
りなる光ファイバを含んでおり、その側面には上述のア
ルミニウム若しくはクロム被覆又は他の任意の適当な不
透明な材料の如き不透明な被N40が施されている。被
v140は被覆25と同様レシーバ装置35の自由端の
一部にまで延在しており、自由端にはコンダクタ20に
設けられたスリット孔30と実質的に同一の寸法及び形
状であり旦ス(ノット?t30と整合したスリット孔が
設けられて0る。レシーバ装置35は適当な測定回路4
5に接続されており、該測定回路はレシーバ装置35よ
り受Itk光パルスをカウントして測定された周波数の
読みを与えるようになっている。測定回路45の詳細は
当技術分野に於てよく知られており、従って木明111
mに於てはそれについての詳細な説明(よ省略する。例
えば測定回路45(よ種々の公知のノクルスIF!返し
周波数メータのいずれかを含んでし)でよく、また前述
の特性の間の関係に従って1<)レス状の光信号を直接
流体の流速の読みに変換するための回路を含んでいてよ
い。
装置35が、静止状態にあるコンダクタと整合した状態
にて導管15内に配置されており、コンダクタが制限を
受けずに振動し得るようコンダクタより僅かに隔置され
ている。好ま5しい実施例に於ては、レシーバ装置35
はコンダクタ20と同様前述の公知の材料のいずれかよ
りなる光ファイバを含んでおり、その側面には上述のア
ルミニウム若しくはクロム被覆又は他の任意の適当な不
透明な材料の如き不透明な被N40が施されている。被
v140は被覆25と同様レシーバ装置35の自由端の
一部にまで延在しており、自由端にはコンダクタ20に
設けられたスリット孔30と実質的に同一の寸法及び形
状であり旦ス(ノット?t30と整合したスリット孔が
設けられて0る。レシーバ装置35は適当な測定回路4
5に接続されており、該測定回路はレシーバ装置35よ
り受Itk光パルスをカウントして測定された周波数の
読みを与えるようになっている。測定回路45の詳細は
当技術分野に於てよく知られており、従って木明111
mに於てはそれについての詳細な説明(よ省略する。例
えば測定回路45(よ種々の公知のノクルスIF!返し
周波数メータのいずれかを含んでし)でよく、また前述
の特性の間の関係に従って1<)レス状の光信号を直接
流体の流速の読みに変換するための回路を含んでいてよ
い。
作動に於ては、コンダクタ25の表面を越えて$@15
内を流れる流体の流れにより前述の如き要領にて渦が形
成されコンダクタより離脱せしめられる。渦がコンダク
タの一方の側に形成されると、それにより生じる圧力の
不均衡によりコンダクタに作用する横方向の力が発生さ
it、これによりコンダクタが第3図で見て上下方向に
撓み変形せしめられる。前述の如く渦は流通抵抗を与え
る物体の両側に於て交互に発生し、その結果生じる圧力
の不均衡により$2図に於て仮想線にて示されている如
く、コンダクタ20が上下方向に交互に振動せしめられ
る。
内を流れる流体の流れにより前述の如き要領にて渦が形
成されコンダクタより離脱せしめられる。渦がコンダク
タの一方の側に形成されると、それにより生じる圧力の
不均衡によりコンダクタに作用する横方向の力が発生さ
it、これによりコンダクタが第3図で見て上下方向に
撓み変形せしめられる。前述の如く渦は流通抵抗を与え
る物体の両側に於て交互に発生し、その結果生じる圧力
の不均衡により$2図に於て仮想線にて示されている如
く、コンダクタ20が上下方向に交互に振動せしめられ
る。
コンダクタ200自由端より発射された光11PI22
よりの連続的な光線は、コンダクタ20が振動変形する
ことにより、レシーバ装置35の端部に間歇的に衝突し
、レシーバ装置は測定回路45へ変調された光信号を、
与え、測定回路45により変調された光信号の周波数、
従って流体の流速が計算される。
よりの連続的な光線は、コンダクタ20が振動変形する
ことにより、レシーバ装置35の端部に間歇的に衝突し
、レシーバ装置は測定回路45へ変調された光信号を、
与え、測定回路45により変調された光信号の周波数、
従って流体の流速が計算される。
以上の説明より、流量計の内部へ光信号を伝達し渦の発
生に応答して光信号を変調させる片持ち支持されたコン
ダクタ20を設けることにより、流量計に必要とされる
部品点数が低減されることが理解されよう。かくして部
品点数が低減されることにより、流量計の単純性、信頼
性、製造性、及び経済性が向上される。コンダクタ及び
レシーバ装置の自由端に設けられたスリット孔により、
コンダクタによる渦の発生に小振動にて応答して、流速
を示す検出可能な変調された光信号を・発生させること
ができる。
生に応答して光信号を変調させる片持ち支持されたコン
ダクタ20を設けることにより、流量計に必要とされる
部品点数が低減されることが理解されよう。かくして部
品点数が低減されることにより、流量計の単純性、信頼
性、製造性、及び経済性が向上される。コンダクタ及び
レシーバ装置の自由端に設けられたスリット孔により、
コンダクタによる渦の発生に小振動にて応答して、流速
を示す検出可能な変調された光信号を・発生させること
ができる。
以上に於ては本発明を一つの好ましい実施例にいて説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは
当業者にとって明らかであろう。例えば特定の材料を列
挙したが、これらと等価な他の材料が使用され5てもよ
い。また流体の流れが停滞しまたは流速が小さい条件下
に於てはレシーバ装置゛とコンダクタとが互に整合する
実施例について説明したが、流体の流れがコンダクタに
衝突することによりコンダクタが通常の湾曲を行い得る
よう、レシーバ装置はコンダクタより僅かに下流側に配
置されてもよい。更に、断面が円形である導管及び光フ
ァイバについて説明したが、他の種々の形状のものが採
用されてよい。
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは
当業者にとって明らかであろう。例えば特定の材料を列
挙したが、これらと等価な他の材料が使用され5てもよ
い。また流体の流れが停滞しまたは流速が小さい条件下
に於てはレシーバ装置゛とコンダクタとが互に整合する
実施例について説明したが、流体の流れがコンダクタに
衝突することによりコンダクタが通常の湾曲を行い得る
よう、レシーバ装置はコンダクタより僅かに下流側に配
置されてもよい。更に、断面が円形である導管及び光フ
ァイバについて説明したが、他の種々の形状のものが採
用されてよい。
第1図は本発明による流量測定トランスデユーサの部分
断面図である。 第2図はトランスデユーサの詳細を示すべくその一部を
破断して示す第1図の線2−2に沿う流量測定トランス
デユーサの断面図である。 第3図は本発明による流量測定トランスデユーサに組込
まれるコンダクタの第21図の線3−3に沿う端面図で
ある。 10・・・流量測定トランスデユーサ、15・:・導管
。 20・・・コンダクタ、22・・・光源、25・・・不
透明な被覆、30・・・スリット孔、35・・・レシー
バ装置。 40・・・不透明な一被覆、45・・・測定回路特許出
願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレイシ
コン
断面図である。 第2図はトランスデユーサの詳細を示すべくその一部を
破断して示す第1図の線2−2に沿う流量測定トランス
デユーサの断面図である。 第3図は本発明による流量測定トランスデユーサに組込
まれるコンダクタの第21図の線3−3に沿う端面図で
ある。 10・・・流量測定トランスデユーサ、15・:・導管
。 20・・・コンダクタ、22・・・光源、25・・・不
透明な被覆、30・・・スリット孔、35・・・レシー
バ装置。 40・・・不透明な一被覆、45・・・測定回路特許出
願人 ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポレイシ
コン
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 流体が貫流する導管を含む流量測定トランスデユーサに
して、 前記導管内に配置され流通抵抗を与えて振動し前記S管
の外部より前記導管の内部へ光信号を導く伝導手段であ
って、前記伝導手段を通過した流体の流れにより渦の形
成及び該渦が前記伝導手段より離脱することが誘発され
、前記渦の離脱により前記伝導手段が振動せしめられる
よう構成された伝導手段と、 前記伝導手段より前記光信号を受()るよう構成され静
止状態を維持する受信手段であって、前記伝導手段が振
動すると前記伝導手段と周期的に整合される受信手段と
、 を含み、これにより前記伝導手段より連続的な光信号が
伝達されることにより前記受信手段に於て前記光信号の
変調が行われ、前記変調された光信号の周波数は前記渦
が前記伝導手段より離脱される速度及び前記導管を貫流
する流体の流量を示すようになっていることを特徴とす
る流量測定トランスデユーサ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/441,886 US4501157A (en) | 1982-11-15 | 1982-11-15 | Vortex shedding flow measuring transducer |
US441886 | 1982-11-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5997009A true JPS5997009A (ja) | 1984-06-04 |
JPH0454888B2 JPH0454888B2 (ja) | 1992-09-01 |
Family
ID=23754681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58198965A Granted JPS5997009A (ja) | 1982-11-15 | 1983-10-24 | 流量測定トランスデュ−サ |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4501157A (ja) |
EP (1) | EP0109345B1 (ja) |
JP (1) | JPS5997009A (ja) |
BR (1) | BR8305630A (ja) |
CA (1) | CA1197393A (ja) |
DE (2) | DE109345T1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6147517A (ja) * | 1984-08-11 | 1986-03-08 | Ohkura Electric Co Ltd | カルマン渦流量計 |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US4639593A (en) * | 1984-10-29 | 1987-01-27 | United Technologies Corporation | Airflow detection system using fiber optics |
GB2186975A (en) * | 1986-02-26 | 1987-08-26 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to vortex-shedding fluid flowmeters |
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US4976157A (en) * | 1989-11-08 | 1990-12-11 | The Babcock & Wilcox Company | Fiber optic flow sensor |
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