JPS60120218A - 流量測定装置と流量測定−制御弁並びに流量測定法 - 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】 本発明の分野： 本発明は液体流量測定装置、特に液体中に配置された装
置部材で発生されるトルク量から流量を測定する流量針
、流量測定−制（財）弁及び流量測定法に関連する。

従東技術： 従来の流量計の一環式は液流中に曝露された懸垂式可動
円板を有する構造である。この型式の流量計の火気は、
低流量間には液流の機械的エネルギーのかなりの部分が
円板、即ちターゲットを運動させるのに消費されるため
流量の測定が不Ｅ　、４になることである。一方、高流
歌を処理するようＩｃ強固な構造の流量針は低流量を正
確に測定するには感度が不充分である。又液流中に曝露
される可動円板は摩耗を起こし易いから部品の交換を頻
ｙｌに行わなければならない。

上記型式の代畏的な流量計の例は米国特許第２゜ＦＩｏ
ｏ、３０９号及び第３．５５９．１９７号の明細書に開
示されている。

従来の流量計の構造は、開放端部を有する円筒形・・ウ
ジノブを含む別々のユニットで液体通路を構成し、この
中に流量を測定する円板が装着される。これらのユニッ
トは内部の流量を測定するためパイプライン内に挿入さ
れる。

本発明の一実施例はパイプライフ　１１Ｃ使用される従
来の流量調節弁２例えば螺形弁を僅かに変型したもので
、この弁は流量測定装置にもなり又流量調節弁としての
機能も有する。

本発明の要約 本発明は従来の欠点を除去した改良型流ｉｔｇｔを提供
するものである。

本発明の流量計では、内部を液体が流動する開放端円筒
内に円板、即ちターゲットが装着される。この円板は液
体通路内に装着されるからこの装着装置の位置でトルク
が発生する。異なる流量によって発生するトルクが測定
されこのトルクは対応する流量に変換される。

本発明の別の実施例の流量計は９両端にフランジを有す
る開放端円筒部材を含むユニットとして構成されるから
既存のパイプラインに使用することができる。内部の流
量を測定すべき開放端円筒ノ・ウジノブは上記の円筒部
材の内部（固定される。ターゲット円板は、この円板面
が液体流動方向と鋭ｊＪ１１ｃなるように円筒形）・ウ
ジング内に固定配置される。このターゲット円板を固定
する軸、！ｌ］ちシャフトは傾斜配置の円板の周囲を流
れる液体＋ｃよってトルクを受ける。

このトルクの大きさを測定し、これを公知の数学的関連
１てよって流量に変換する０ 本発明の更に別の実施例では、液体が流れるパイプライ
ン中に配置された既存の弁閉鎖部材をターゲット円板と
して使用できる。この実施例では、弁閉肩部材（よって
発生されるトルクはこの部材をパイプライン中［’を持
するシャフト装置で測定される。この測定トルクは公知
の数学的関係によって流量に換算される。

第１及び第２図には本発明によって構成された流量測定
装置１０を示す。この装置は内部の流１を測定するため
パイプライン１２内に配置される。

流量測定装置１０は開放端円筒形−・ウジノブ１４を有
し、この）ハウジングはノくイブライン１２と：・１ぼ
同軸に配置される。図面で一円錐形構造で示されるスク
リーンエ６が、装置の測定精度に曽影響を与える恐れの
あるごみを除去するため設けられる。ハウジング１４は
、この縦軸にほば垂直かつ両側の２個の円筒柱１８と２
０（よって支持される。

、この実施 例ではこれらの円筒柱１８と２０は）・ウジノブ１４か
ら垂直方向に吐び出しているがこれらは別の方向でもよ
い。円筒形／＼ウジング１４の暇軸太に近い円筒柱１８
と２０の端部（ここで内端と称する）は溶接など（よっ
て／＼ウジング１４Ｉ／ｃ固着される。円筒柱１８と２
０の外端は間係にパイプライン１２の内面（固着される
から円筒形ハウジング１４はパイプライン１２に不動状
０４ＣｆＬる。

はぼ円形で滑らかかつ扁平のトルク検出部材。

即ち翼機断面の円板２２が〕＼ウジノブ１４内ｔこ。

この平面がパイプライン１２の縦軸に対して鋭角になる
ように配置される。シャフト２４又は他の適当な支持装
置がトルク検出部材２２ｖｃ固着される。第１及び第２
図に示すように、シャフト２４は／・ウジングエ４から
円筒柱１８と２０内に低び出しているがこのシャフト２
４は円筒柱１８．２０とハウジング１４１７ｒは接触し
ていない。／ギフト２４の端部２６は溶接などによって
パイプライン１２の内面に固着される。／ギフト２４の
他端２８はパイプライン１２の内面に形成された凹部３
０に嵌合されるからシャフト２４と円板２２は自由にね
じり回転する。

７ヤフト２４とこれ＋ｙ固着されだ円板２２はシャフト
２４のねじりばね率に応じてハウジング１４に対して僅
かにねじり回転することに注意すべきである。シャフト
２４は適法１円板２２０回転運動をオルにするようにか
なり大きいねじりばね率を有する。

トルク測定装置３２が、傾斜配置円板２２Ｉｌｃ加えら
れる液体流によって発生されるトルクを検出するためシ
ャフト静止端部の近くに固着される。第６図に示される
よう（トルク測定装置３２は、Ｘ型に配置された４個の
引張−ＩＥ縮ひずみ計３４．３６．３８及び４０を含む
。各ひずみ針はその縦軸がシャフト２４の縦軸に対して
約４５゛傾斜して配置されるからシャフト２４のねじり
運動で対角線方向反対位置にある２閏のひずみ針の電気
抵抗が変化する。これらのひずみ計は工業用接着剤又は
その他の適当な固着手段によってシャフト２４０表面に
固定される。

これらのひずみ計は１機械的トルクを電気抵抗の変化和
変換する公知の回路装置（図面省略）に接続される。こ
の電気抵抗変化は、後述の公知の物理的関係から導かれ
る数学的係数を有する上記の回路装置によってｌＩＩ咄
される。この回路装置は、流量の測定値を視覚的に表示
する指示器に接続される。

円板２２で発生されるトルクと流量との間の物理的関係
を第３図（よって下記に説明するが。

第３図はパイプライン１２内の液流中に１１ｉ糾して配
置される円板２２の略示平面図である。縦軸をＬ−Ｌで
示される円板２２はパイプライン１２の縦軸に対して鋭
角θＩ／ｃＩＩＩ斜している。円板２２の上記の傾斜配
置のため１円板の上流側表面のベクトルで示されるよう
な不均一圧力が円板表面に加えられる。これらのベクト
ルの合成力Ｒは円板２２の中心に対して閉鎖方向モーメ
ント（第３図で左回り、モーメント）　ＩＣなる。

このモーメントは適法、流体力学的トルクモーメントＴ
１Ｖｉ　と称する。

このトルクモーメントＴＭ　は基礎的流体力学方程式に
よって下記のようＩｃ表わされる：ＴＭ−Ｃ１×がｘ　
ａＰ　＋Ｉｌ ここでＣｔ＝流体力学的トルク係数−無次元Ｄ＝一円板
部材直径−同一系長さ ｄＰ−同一系長さの２乗当りの力で表わされだ水頭損失
−圧力損失 液体が水の場合には流量の関数である圧力低下は下記の
ベルヌーイ方程式で表わされる：ψｘＫｘｊ’ ｄＰ＝（２＋ Ｇ ここでＶ＝水の流速−毎秒当りの同−系長さに一円板部
材の抵抗係数−無次元 Ｇ−重力一を数−毎秒毎秒当りの同−系長さ！＝同−系
長さの３乗当りの水の重ｔｖ度従って方程式（２）をｆ
ｉ＋に代入するとトルクモーメントは下記のように表わ
される二 速度をめると： 又は　ｖ　＝　Ｋ、ｐ１ｔ５１ 方程式（６）の右辺は変数Ｋ及びＣｔの値を実験的＋（
求めるか、又は流体力学）−ンドブンク２例えばニュー
ヨーク州マグロウヒル社発行のＢａｕｍｅｉｓｔｅｒ　
＆　Ｍａｒｋｓ著５ｔａｎｄａｒｄ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ
　ｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　
からめることができる。

例えば円板のような単純な形状のターゲット部材が流動
方向にθの角度傾斜して配置している場合の特定の■（
及びＣｔの値は上記の著書に記載されている。Ｇは公知
の直方を数である。従つ℃任意の液流中に一定角度θで
配置された単純な形状のターゲット部材に対してはに、
の値は成敗でちる。

Ｋ１は上記のよう１ｃ／ｉ数であシ、又゛ｒＭを測定す
るひずみ計から送られる信号が回路装置に入力され、こ
の回路装置でこの信号の平方根が帰られるから、これら
の値の積が方程式（５）の右辺になり、又同様に流速Ｖ
の出力読取値を与える。

流量Ｑは流速Ｖにパイプライン１２の断面積を来算する
ことによって確認される。

操作の際はパイプライン１２内の水は円筒形ハウジング
１４内を流れ、パイプライン１２の縦軸に対し１所定角
度傾斜して配＃ｔされた円板２２０局りを流れる。水の
機械的エネルギーは円板２２に流体力学的トルクを与え
、流動方向と垂直の位置に円板を回転しようとする。円
板２２が固着されているシャフト２４は一端カパイプラ
インに固定されているから円板２２がパイプラインを閉
鎖することはない。円板２２と固定端部２６との間島シ
ャフト部分にねじり応力が発生する。トルク測定装置３
２がこの／ヤフト部分に沿って配置され発生したトルク
ｉｔ−検出する。このトルク測定装置３２で得られたト
ルク量は電気信号型式である。次にこの信号は公知の回
路（図面省略）に送られ、上記の物理的関係１でよって
流量単位に変換され指示器に表示される。

第４図は本発明の第２実施例を示す。流計測定装置のア
センブリ１０は垂直柱１８と２０で支持される円筒形ハ
ウジング１４を有する。円板２２はその表面をハウジン
グ１４の縦軸に対して鋭角傾斜し℃配置される。シャフ
ト２４は垂直柱１８と２０内を通つ℃延び、これに円板
２２が固着される。垂直柱１８と２０の外端は円筒部４
２の内壁に固着される。第１実施例と同じ形状のスクリ
ーン１６がハウジング１４の上流に設けられる。円筒部
４２は／・ウジング１４とスクリーン１６の両者を収容
する十分の長さを有する。円筒部４２は両端にノくイブ
ラインの相手フランジに連結するだめのフランジ部４４
と４６を有する。これらのフランジ部にはボルドーナツ
トのような連結装置（図面省略）に使用される多数の孔
４８が設けられる。

円筒部４２の直径は勿論これを連結するノくイブライン
の大きさＩｃよって変わる。この第２実施例の流電測定
操作は第１実施例と同様である。

第５及び８ｇ７図は本発明の第３実施例を示し。

この実施例では既仔の弁を流計測定装置及び流處制御装
置として動作するよう＋（変型されている。

図示の弁４９は螺形弁で、弁閉鎮部材即ち弁円板５２を
有する弁体５０が流動通路内に装着される。弁円板５２
は弁体の縦軸にほぼ垂直な直径軸の周りで回転する。弁
軸、即ちシャフト５４はその直径軸に沿って弁円板５２
をＩｊ通して突出し、弁円板５２が固着される。シャフ
ト５４は弁体５０と延長ボンネット５６の先まで延び出
している。延長ボンネット５６は一端で、弁体５０に分
離可能に装着され、他端には作動１幾構５８が装着され
る。この作動機構は弁円板５２を開放又は閉鎮する歯車
装置などを含むものでよい。

第７図は液体通路内の弁円板５２に回転運動を与える作
動機構の一例を示す。この機構は種々の型式があり１手
＃、油圧、空圧又は電気的操作の阿れでもよい。第７図
は代表的な手動操作機構を示す。手動輪６０が作動機構
５８の一端に設けられ１作業員はこれＶＣ固着された入
力ねじ６２を回転する。出力伝達移動ナツト６４が人力
ねじ６２にかみ合い、このナツト６４はアーム６６の一
端に軸着されている。アーム６６の他端は弁の７ヤ７ト
５４に連結される。出力伝達移動ナンド６４は入力ねし
６２にかみ合っているからこの入力ねじ６２０回転運動
は出力伝達移動ナツト６４の直線運動妃変換される。

アーム６６１ｄこのナツト６４の直線運動を弁シャフト
５４の回転運動に変換する。ナンドと類１以構造のギヤ
ストップ６８が入力ねじ６２に設けられ移動ナツト６４
の移動行程を制限する。

第５及び４６図に示し、又４個の上記ひずみ計をＸ型に
配置した実施例のトルク測定装置３２は、０体流中に＃
Ａ斜して配置された弁円板５２で発生されるトルクを測
定するだめ図示のように延長ボンネット部分のシャフト
５４に収り付けられる。トルク測定装置３２は［気信号
を発生し、上記の物理的関係によってトルク単位を指示
器上の流７単位に変換する公知の回路装置（図示省略）
・でこの電気信号を供給する。

動作の際は、パイプライン内の水は弁体５０を通り傾斜
配置弁円板５２の周囲を流れる。各トルク測定前に１手
動輪６０を回転して完全開放状９　ＩＣする。ギヤスト
ップ６８は入力ねじ６２て沿う所定位置で出力ねじ６４
を停止し１円板５２をパイプライン１２の縦軸と鋭角θ
の選択角度位置に配置する。円板５２は作動機構５８に
連結されているから液体流を閉鎮することはない。液体
流によって廷長どンネノト区域内のシャフトにねじり応
力が発生する。トルク測定装置３２はこのシャフト部分
に配置され発生トルク量を検出する。トルク測定装置３
２で得られたトルク量は電気信号型式で検出され公知の
回路装置（ｚ面省略）　Ｉｚ送られる。次にこの電気信
号は上記の物理的関係によって流量単位に変換され指示
器に表示される。

本発明の実施の態様を列挙すれば下記の通りである。

１、　特許請求の範囲第１項記載の装置で、ト叙ｆ寸装
置に固定されている翼型断面の円板を含む流量測定装置
。

２　上記第１項記載の装置で、導管数は装置が１個所で
導管に固定されている流量測定装置。

定する性能を有する複数のひずみ計装置を含む流量測定
装置。

４　特許請求の範囲第２項記載の弁で、弁円板の縦方向
平面が弁体の縦方向軸線と鋭角傾斜として配置された流
量測定−制御弁。

５、　上記第４項記載の弁で、トルク測定装置から得ら
れた測定値を流動通路を流れる液体の流量に変換し、こ
れを流量単位で硯覚表示として表示するように表示装置
が接続された流量測定−制御弁。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量測定装置の一実施例を示すパイプ
ラインの部分図で、一部を破砕して内部の詳細を示し；
第２図は第１図の流量測定装置の線２−２による断面図
、第３図はパイプライン中にＩｌｉ斜して配置され流体
力学的トルクを発生するトルク検出部拐の周りを流れる
液体流の略示平面図；第４図は本発明の第２実施例で１
両端にフランジを有する一体構造の流量測定装置を示し
；第５図は本発明の第３実施例で。 流量測定装置として既存の弁を利用する装置の斜視図を
示し；第６図は複数のトルク測定用ひずみ計を有する円
板シャフトの部分的拡大図で；第７図はカバーを除去し
た弁作動機構の斜視図で入力ねじ上のギヤストップを示
す。 ｌＯ・・・流量測定装置、１２・・・パイプライン。 １１４・・・円筒形ハウジング、　１８．２０・・・円
筒柱、２２・・・トルク検出用円板、２４・・・シャフ
ト、３２・・・トルク測定装置、　３４，３６゜３８．
４０・・・ひずみ計 手続補正書 昭和５８　＋ｐ、１２　月２７１１ 特許庁長官若杉和夫殿 １　事イ′１の１；イ　昭Ｊ＋＋　５８　Ｔ’″ｌ！ｒ
Ｊ、’＋°頼第２２３４１６弓２　発明の名１’ｌ　流
量測定装置と流量測定−制御弁並びに流量測定法 ３　補ｉ［をする着 事１１−との関１ｆ　特許用１＋１’１人住所（居所） アムステツドｅインダストリース響 氏名（名（′ト）　イン：ｌ＋＋ボレ、デッド挟淋＃攻
幸鞘　電話（５０２）　３０９６手続補正書（方式） ％式％ １事件の表示　昭和５８年持重［願第２２３４１［３補
正をする者 事件との関１！？−特許出瀬人 １に所（居所） 峡央＃＝中購　電話（５０２）　３０９６６　補正によ
り増ノ］する発明の数 ７補正の対象　＃１細誉 、・　−〜′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）内部に液体が流れる導管の縦軸に対して所定の鋭角
   傾斜して配置された縦方向平面を有するトルク発生部材
   ； 核トルク発生部材を上記導管に取り付ける装置− 核トルク発生部材のねじり力を測定するため上記取りｔ
   装置上に設けられたトルク測定装置及び 上記トルク測定装置で得られた測定値を導管内の流６ｖ
   ｃ変換してξれを流量単位の視覚表示として長示する表
   示装置。 を含む流量測定装置。 ２）軸方向の両側開口部と内部の液体通路とを有する弁
   体、閉鎖位置と開放位置との間で回転４動できるよう釦
   上記液体通路内に設けられた弁円板、上記弁体内で弁円
   板を支持装着するため上記弁体と弁円板をに通して低び
   るシャフト。 該７ヤフトが回転できるように該シャフトの一端に一部
   が連結された作動機構、及び核シャフトに加えられたね
   じり力を測定するため該シャフトに取り付けられたトル
   ク測定装置、を含む流量測定制御弁。 ３）導管内を流れる液体の流量を測定する方法で： 液体流に対して所定の角度傾斜してトルク検出部材を取
   付ける過程； 該トルク検出部材に発生するトルク量を抑］定するため
   トルク測定装置をトルク検出部材取付装置１ｆｌｃ固定
   する過程−及び 該トルク測定装置による測定値を導管内を流れる液体の
   流量に変換する過程 を含む流量測定法。