JPS6010120A - 流量計測装置とその製造方法 - 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】 この発明は、層流状態を助長する流量計測装置の改良に
関し、その１つの態様は、測定範囲制御と折々の清浄化
のため分流路に設けられた流量計をもつ基台の主流路へ
挿入し、又はこれから引出すように別個に構成ちれた精
密で、しかも経済的な新規かつ有効な小型のカートリッ
ジユニットを具えた流量計測装置に関する。

流量計測装置は、多くの種類の形式とサイズとをもつも
のに発展し、多くの異った作用原理をもち、かつ密度、
流速、粘度、組成が全く異る流動性物質を収容するよう
に機能する。その中に、いわゆる高温ワイヤ型と称する
感知性に富み、かつ応答性の速かな精密流量計測装置が
、ｂｂ、これは気体の流量測定において特に有用で、高
温中を流動する流体が少くとも一部が流量に左右される
ある程度まで、それを冷却しようとする現象を利用する
。例えに、流れの中に電気加熱器を挿入して供給電力を
ｆ′ｒ！は一定に保ち、上流の温度と下流の温度との差
によシ流量測定値を判断することが知られ、また流量は
温度感知性加熱コイル間の温度差によって計量され、こ
の加熱コイルは流体の上流と下流とにあって、測定と加
熱とのために用いられる電気ブリッジ回路を具えている
ものによっても計量される。精密な測定は、層流状態が
保持される場合にのみ後者の型式の流量計測装置によっ
て得られ、従ってかなシ細長い感知管を通るノ々イパス
流を実現し、かつ内部に障害を介在させずに、管の薄い
壁を通して外部を流動する流体と熱交換する方法が一般
に用いられている（米国特許第３，４３３，０６８号、
第３，６１３，４４８号、第３．８５１，５２６号、第
３，９３８，３８４号）。

ノ々イパス流量を形成した際、主流路内に層流状態が保
持されると、主流路内で制限される流量の程度いかんに
かかわらず、加熱器と温度検知器とを有する感知管に広
い範囲の流量にわたって信頼性の高い測定をすることが
できる。層流状態は、絞られた流路の有効長さ対直径の
比がほぼ１００となっていないと見られないので、主流
路内に使用される流量制限機措は、それらの流れ開口部
が不都合に長いものとなり（米国特許第３，８５１，６
２６号）、又は細い直径の通路を採るであろうが、この
ような手段はいずれも製造上の困難と高価格とを伴うも
ばある。

この発明の特徴によれば、熱式流量計測装置又はこれに
類する流量計測装置に用いられる流量制限機構杖、清浄
作用又は流量範囲変更のために流路内に容易に挿入され
、又はこれから引出され、さらにその後再装着するのに
特殊な技術や工具を必要としない、短いカートリッジユ
ニットに設けられる複数の直線状で精密に層流比例寸法
をもった流路を有する新規な構造をもつ。

この発明の実施例は、−兇においておすねじ山が設けら
れ、かつねじ廻し彫工具を嵌入するための溝をもつ管状
の外側部材で形成された小型のカートリッジ番もち、そ
の平滑な内周面は均等な直径を有している。中実体の内
側部材が外側部材内に同心的に配設され、内側部材は均
等な直、径の平滑な外周面をもち、同一直径の市販され
ているワイヤで造られた３個の対称的に配列された直線
形部材によって・周囲の外側部材から半径方向に隔てら
れている。外側部材の内径と、それと協働する内側部材
の外径は、それらの間に保持されたワイヤとはめ合い結
合されるように形成されて維持され、組立時には、周囲
に幾分弛くワイヤを装着した内側部材を、一端から外１
１１す部材内にまずプレスばめした後に均合いをとって
強固に固着する。ワイヤの直径は、一般に極めて小さい
から、外側部材と内側部材との間のすき間はこれに相当
して小さく、従ってカートリッジは短くても、これを通
る３個の流路の有効長さと直径との比、は長大きく保た
れる。カートリッジは、熱式流量計測装置の主流路内に
ねじ嵌められ、この流路は一端に開口をもち、その内部
におすねじ付きカプセルを受入れるめすねじ何円孔をも
っている。

従って、この発明の目的は、分流路内を流通する流体の
流量測定を精密に調整でき、主流路内に容易に配置して
これから取出すことができるように、別個に構成された
容易に清浄できる相対的に短い長さのカートリッジユニ
ット内で得られる高精度の断面及び層流因子をもつ新規
かつ有用な流量制限部材をも提供す−るにある。

この発明の他の目的は、主流路を臨界厚さの数流路に分
割して維持する普通サイズのワイヤを用いて、分流型熱
式流量計測装置の測定範囲を決定するのに有効な短かく
て層流式流量制限ユニットを容易かつ安価に製造する方
法を提供するにある。

この発明の他の目的及び態様は、図面を参照しての以下
の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

各図を通じて同−又は対応する部品及びユニットには類
似の符号留付し、まず第１図において、熱式流量計測装
置８は、人ロメ合具９と出口結合具１０・とをもち、こ
れらは矢印１１で示す上流１１１すの右方から左方へ制
御された方法で流入される気体のような流体を導く。印
刷電子回路１４とともにカバー１３内に収容された熱量
式流量計１２が、薄い不銹鋼管によって形成された感知
管１５をもち、この−感知管１５は不銹に連接されて分
流路を形成している。流量計１２の構造と作用は当業界
ではよく知られておシ、それらについては米国特許順目
０６／３９７，１０９号を参照されたい。この発明の１
態様によれば、感知管１５はその殆んど全長にわたって
順次分布された３つのらせん形巻線（図では、見られな
い）をもち、各巻線は高温度係数抵抗線であって、それ
ぞれ最初に流入路１６を通って流入する流体が予め定め
た第工温瓜にもたらされ、次にこの流体がそれより高い
第２温度まで上昇されるのを保証し、次に流出路１７を
経由して流出する前に、第１、第２温反間の温度に流体
を冷却することを保証する。３つの感温巻線はそれぞれ
、電気ブリッジ回路の一部を構成することが好適で、組
合わされた演算増幅器とノξワートランジスタ回路を介
する自動的瞬間平衡型でちゃ、かつ別個の加熱器と温度
検知巻線の使用は不必要であるが、代替手段としてこれ
らを使用することもできる。環境温度の巾広い変動に伴
う変動と、これに伴う誤差を避けるために、計量器のた
めの安定した環境をつくるように、加熱巻線２０を担持
する包囲体１９をもって囲んでいる。

この流量計測装置は、分流路ばかりでなく主流路をも層
流状態に維持するときに、流量と直接関連する情報の供
給に急速に応答できる。これらの状態は、感知管１５を
介して分流路で容易に達成すやことができ、この際の感
知管１５の長さ対直径の比は、配管の取扱い容易な短い
長さの場合でも、はぼ１００を超えるように形成するの
が好適であシ、矢印２１，２２でわかるように分流成分
は比較的少なく、従つそ管１５もまた比較的小内径のも
のでよい。しかし結合具９，１０間の基台１８に設けら
れる主流路を通る流体が層流を維持しなければ乱流が生
じ、例えば粘性、温度、圧力などの変動によって生ずる
関連測定誤差が発生する。しかも主流路は通常比較的大
容量で大断面をもたなければならないから、層流状態時
には長さが長くなって扱いにくいものとなる。ところで
流量計測装置８の場合は、寸法が小さくて、かつ複雑で
なく、長い主流路が避けなけれにならない。この目的の
ために、流量計測装置８の基台１８には流量制限カート
リッジユニット２３が取付けられ、この中で主流路は３
つの直線状に延びる通路に分離され、そのおのおのは所
定の層流状態にある。このようなユニットは、流動特性
と測定に悪影響を及はすおそれのある汚染を容易に追放
し、又は清浄化することが好ましく、故にこのようなユ
ニットは小型の通路が給気によって汚染物を吹払い、又
は超音波を用いて清浄にできるように容易に取外し可能
に造られる。さらにこのようなユニットは、種々の流量
範囲に亘って測定することのできる流量制限特性を備え
ることが好ましく、種々の範囲の測定に対してユニット
の最初の選択又はその後′の取換えは重要なことである
。従ってユニット２３はおすねじ付き上流端太径部２３
ｋを有し、これは基台１８の主流路内孔の上流端に設け
られためすねじ１８Ａ（第２図）に螺合する。入口結合
具９は、ユニットを挿入し、又は引抜けるように十分な
大きさに造られ、かつユニットの上流端には切込み２４
が形成され、第２図に示すねじ廻し２５のような工具に
よって回転される。

ユニット２３に直線状に延びる３個の通路２３Ｂ、２３
Ｃ，２３Ｄが設けられ、この通路は管状外側部材の平滑
な内周と、その長さの大部分に亘って外側部材と同軸の
内側部材２６の外周との間の半径方向空所として形成さ
れる。

これら２つの部材を半径方向に間隔を保ち、かつその空
所を３つの通路に分離した状態で、３個の細い均等な直
径をもつワイヤ２７　、２８　。

２９が、外側部拐の中央縦軸線を中心としてはは１２０
’の角度間隔をもって配置される。３個のワイヤは、内
・外側部材間にプレスはめされて強固に保持され、従っ
て複雑な固定手段を設けずに良好な仕切シと半径方向間
隔とを保っている。

ユニット２３０組立てに際し、その外側部材は第６図に
おいて内側部材２６が矢印３０の方向に押込まれ、かつ
３個のワイヤ２７〜２９がそのまわシに配置されるよう
に、内側部材と？イヤとが強制プレスばめされる。プレ
スばめのときに生ずるすベシを起さずに、ワイヤを緊張
して真直ぐに延にし易くするために、ワイヤの下端はま
ず内側部材２６の下端を横切って屈曲されて、邪魔にな
らない位置に正しい角度的な配列で溶接され、それから
このようにワイヤを取付けた内ｆＩＩＩ）部材２６を外
用＋１部材の下流端内に押入れる。この下流端から突出
した余分のワイヤ又は内側部材は、完全な緊密はめ合い
が完了したのちに切取られる。これによってできた流路
２３Ｂ、２３０，２３Ｄは、比較的小さい有効直径をも
ち、これらの流路は所望の層流状態を助長する。これら
の流路の断面を円弧形にする必要はなく、直線状に規則
正しく配列されて清浄作業が容易であシ、渦流や乱流を
発生しないことが必要でおる。

このようなユニットを容易がつ経済的に組立てるために
必要なことは、この組立に良く適した寸法、材料、形状
の管材、ワイヤ及び棒材で、容易に市販品から得られる
ものを発見することである。例えばワイヤ２７〜２９は
ｔｌは０．４腎（Ｑ、Ｏｌ　６　（ｎ）直径の標準ワイ
ヤで、はぼ同一の半径方向の間隙の流路をつくυ、１設
計例として層流状態に対しほぼ５８．４　ｍｙｒ　（２
゜３１ｎ　）の長さのユニットが得られる。ワイヤ、管
材、棒材は多くの直径と公差のものがえられて、流量計
のために種々の測定範囲を定めるのに必要な精密に適合
した能力をもち、種々の幅を有する短い一ニットを薄酸
するのに適合した部品として選択されることができる。

一般にカプセルのプレス合体部品間の干渉量は、中位の
プレスばめ状態において０．０２５朋（０，００１Ｉｎ
）のオーダである。

ユニットの外側部材内に内側部材２６を配置するには最
少３個のワイヤが必要であるが、第４図に示すように、
４個のワイヤ３１〜３４を配設することもでき、ワイヤ
３１〜３．４間に４つの層流流路が形成される。この数
は種々の寸法をもつものが収容される場合、及び流量を
小さい有効直径金もつ一層短い通路に分割することを必
要とする場合にはさらに多くできる。同様に第５図のユ
ニッ）２３″のように、１つ以上の同心の要素列をもつ
こともでき、この場合は３個の外側ワイヤ２７′〜２９
′が中空の中間管２６Ａの外周に配置され、さらにこの
管は３個ＣＤ　別ノｒｙイヤ３５〜３７を囲み、これら
のワイヤはさらに内側部材２６′や外周に配列されて、
６つの層流流路を形成する。他のユニットにおいてれ、
ワイヤは中空で適切な層流をもつ管のような種々の他の
構造要素を、外側部材内にプレスばめして全体を密集さ
せることもでき、この組立方法は基本的には同一である
。この明細書で述べた特定の実施例及び実施方法はこれ
に限定するものではなく、種々の変形がこの発明の特許
請求の範囲を逸脱せずに実施できることは、当業者に理
解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の部分縦断正面図、第２図
は、第１図のものの一部の部分縦断正面図、第３．４．
５図は、第１、第２図のもののカートリッジユニット６
異る実施例の上流端面図、第６図は、組立段階における
第３図に示すカートリッジユニットの部分切断斜視図、
第７図は、第６図のものの縦断正面図である。 ８・・・熱式流量計測装置　ｌ？・・・熱−量式流−景
計１４・・・電子回路　１５・・・感知管！６・・・流
入路　１７・・・流出路 １８・・・基台　２ｏ・・・加熱巻線 ２１．２２１バイパス流 ２３．２３’、２３”・・・カートリッジユニット２３
Ｂ、２３Ｃ，２３Ｄ・・・直線状流路２４・・・切込み
　２６　、２６’・・・内側部材２６Ａ・・・中間管 ２７．２８，２９　；　２７’、２８’、２９’・・・
ワ　イ　ヤ３１〜３４　、３５〜３７・・・ワ　イ　ヤ
％　ｉｆ　出Ｍ　人　エムヶーエス　インスッルメイン
コーボレーテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基台を貫通する主流路と、主流路から分流した短い
   層流分路に設けられた流量計と、主流路内に層流状態全
   生成させる部材とをもつ流量計測装置であって、主流路
   内に配置されて流体を流通させるほぼ直線上の管状外側
   部材と、外側部制内に自己保持状態に配置され、外側部
   材の内周とで複数の＃ユは直線状の流路を形成し、この
   流路はすべて層流を生成する長さ対直径比をもち、かつ
   外側部材のほぼ全長にわたって延びる複数の直線状の細
   長部材と、外側部材と細長部材とを１つのカートリッジ
   ユニットとして主流路内に取外し可能に取付ける部材と
   を具えていることを特徴とする流量計測装置。 ２、少くとも１つの細長部材が管状で、かつ相対的に小
   さい流路が少くともその長さ対直径比が＃１は１００と
   なっており、この流路のみが流体を流通するように開口
   している特許請求の範囲第１項記載の流量計測装置。 ３、細長部材が外側部材と同心で、かつこれと１１は同
   一範囲に延びる内側部材と、内側部材と外側部材との間
   にはめ合わされて、それらの間に小さい複数の流路を形
   成する複数のワイヤとからなる特許請求の範囲第１項記
   載の流量計測装置。 ４ｏ　外側部材が＃１は均等直径の内周部分をもち、内
   側部材が幾分率さいはは均等直径の外周部分をもち、外
   側部材と内側部材がほぼ同心でアシ、これらが強固には
   まシ合い、これによって主流路内で通常の使用時に、又
   は取外して清浄作業を実施するときに、一体となって分
   離しないカートリッジ状ユニットを構成しズいる特許請
   求の範囲第２項記載の流量計側装置。 ５、　ワイヤが、外側部材と内側部材との間において＃
   １ぼ同一直径をもち、かつ円周方向において＃１は等間
   隔をもって配置され、それぞれが外側部材と内側部材と
   の間で、干渉はめ合い結合をつくる少くとも３個のワイ
   ヤからなる特許請求の範囲第４項記載の流量計測装置。 ６、　大きい断面をもち短い長さの主流路内に挿入され
   て、該主流路の長さに沿って制御された層流を形成する
   カートリッジユニットの製造方法であって、大きい断面
   の細長内側部材の周囲に円周方向に間隔をおいて、直接
   にかつこれと平行に小さい断面をもつ少くとも３個のワ
   イヤを配列し、これをワイヤが強固に干渉はめ合いをさ
   れる内周面をもつ管状外側部材内に縦方向に強制挿入し
   、ワイヤ、内側部材及び外側部材間に形成される細長間
   隙が少くともそれを縦方向に通る流体の層流を助長する
   のに十分な距離にわたって長さ対直径比となるように前
   記挿入が継続されることを特徴とするカートリッジユニ
   ットの製造方法。 ７、　内側部材かを１は円筒形外周面をもち、外側部材
   が１１ぼ円筒形内周面をもち、ワイヤが小さい均等直径
   をもち、ワイヤが末端を外側部材内に挿入するに先だっ
   て、内９Ｉ１１部材の一端に固定し、ワイヤが内側部材
   の縦軸線のまわシに円周方型においてほぼ等間隔に配置
   されて固定される特許請求の範囲第８項記載のカートリ
   ッジユニットの製造方法。