JPS6048687B2 - 流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流量計に関する。

．いくつかの技術分野においては簡単で安価ではあるが
正確で信頼性のある流量計が要求される。

このような流量計が必要な分野の典型的な例はアパート
や単一家族の家庭の地区であつて、これらにおいては近
年の燃料油や他の燃料の価格の急激−な上昇によつて経
済性や消費者間の燃料費の公正な割り当ての必要性が起
つた。この必要性はいくつかの回転部分を含む公知の流
量計では満足されない。他方、簡単性の要求は媒体の流
れの作用によつて振動運動を起こすベーン（羽根）状ま
たは．フラツプ状の部材を含む流量計によつて満足され
る。この振動運動の振動数が測定されて流量に変換され
る。本発明は後者の流量計に関する。

しカルこの型の公知の流量計にはいくつかの重大な限界
があつ・た。その最も重大なものは、測定精度のがまん
できる測定範囲が比較的狭いことである。このことは低
流量、たとえば低レイノズル数のときにとりわけそうで
ある。これはセントラルヒーテイング水を分配するシス
テムにおいて典型的なことである。他の欠点は、公知の
流量計のフラツプ状の部材を振動させる駆動力が小さい
ので、振動数を流量に変換するデリケートでしたがつて
このばあいに不適当な装置を用いなければならないこと
である。このような装置の一例が米国特許第２４５３３
７６号に示されている。同特許によれば振動軸に連結さ
れたアームが光源と光電池の間を通る。したがつて、信
号の送信が他の方法、たとえば誘導装置で起こるような
大きな駆動力が振動部材に作用する流量計が必要である
。本発明の目的は上記のすべての有利な特徴を結合した
流量計を得ることである。

したがつて流量計は簡単な構造で安価に製造でき、広い
測定範囲を持つとともにこのすべての測定範囲において
測定精度が高くなければならない。換言すればこの条件
は、流量計がたとえば上限が下限より２００倍高い、レ
イノズル数が約２００と１Ｃｆ’との間の流れの範囲で
動作することができることを意味する。これらの条件の
すべては本発明の流量計によつて満足される。本発明に
よれば、流路内に配置され流体の流動方向に直角な軸の
周りに振動するようになつた羽根状の部材と、前記部材
の振動数を流量に関する情報に転換する装置とを具える
流量計であつて、流路の有効流路を局所的に絞るととも
にはがれを生じさせ流量計の全測定範囲にわたつて下流
側で乱流を生じ得るように、実質的に対向して流路の内
壁から相互に内方に延長する１対の固定した突起が設け
られ、前記部材は、中立状態では突起の内端を通り軸に
平行する面に密接して位置する側方延出部分であつて同
部分の両端と前記突起間で二つの分枝流路を各形成する
第１部分と、及び軸を含み流体の主流方向に平行な面内
に位置する細長い第２部分とを含み、第２部分は前１部
分に関して実質的に直角にかつ下流側に延長するように
固定されることにより、第２部分に対する横方向の成分
を有し前記部材を横方向に回転しようとする補強力か、
分枝流路を流れる流体によつて個別にかつ同時に発生さ
れ、よつて前記部材の振動が増幅されて精密な測定範囲
が増大されることを特徴とする流量計が与えられる。次
に図を用いて本発明の３つの実施例を説明する。

流量計には両端に流量を測定すべき媒体が通るバイブラ
インに接続するための接続ナット２，３を持つハウジン
グ１がある。

ハウジング１には接続線５によつて電気パルスを流量の
度合に変換する回路装置（図示しない）に接続できる送
信機４が付いている。変換器は任意の公知のまたは適当
な型のものでよいが、それは本発明を構成しないのでこ
こでは説明しない。しかし、送信機４からの電気信号パ
ルスは誘導装置によつて適当に発生される、たとえば送
信機は流量計内に電磁界を発生する巻線を含むことは述
べておく。以下に詳述する測定部材が磁界内で動くと磁
界内に周期的な強度変化が起こり、それは送信機て検出
される。これらの変化の周波数は部材の振動数に比例す
る。第２−４図に示すように１対の突起６，７が流量計
の流路を限定する壁の２つの対向部分に取り付けられて
いる。

これらの突起は有効流路の局所的絞りとなる。これらの
突起のそばに振動部材８があり、その振動軸を参照番号
９で示す。本発明によれは、振動軸９に垂直な面内で見
た部材８の断面は実質的にＴ字形である。部材８は振動
軸に平行で媒体の流れの方向に垂直な面内またはその近
くにある部分８ａを含む。この部分の下流に振動軸を含
み媒体の流れの方向に平行な面内にある部分８ｂがある
。第３，４図の本発明の第１実施例によれば、部分８ａ
と振動軸９とは突起６，７を通る面内にある。

振動部材８のこの位置は有利てあるが必すしも必須では
ない。このことについては後にさらに触れる。第３，４
図はまた突起６，７の上流面は流量計を通る流れの方向
（第３，４図に矢印で示す）に実質的に垂直な面内にあ
ること、および各突起の外形は頂端が上流面の所にある
刃形てあることを示す。上述の流量計の動作は以下のと
おりてある。

２ ′つの突起６，７による有効流路の絞りによつてそ
れらの近くにはがれが起こるので、流量計を通る流れは
、突起の少し上流から始まりそのかなり下流まて延ひる
領域において乱流になる。

そのため次の２つの有利な効果が得られる。 ι部材８
を通る流れの両分枝内に発生された乱流の結果の１つは
、きわめて抵いレイノズル数、たとえば約２００まで流
れのパターンが一定であることである。

原理的には全駆動力は第４図にＦ，，Ｆ２で示した２つ
の力の和に等しい。力Ｆ２は図示の部材８の位置に発生
された噴射効果の結果発生した力の横方向の成分で、相
対的に負圧てある。この機能は本質的に既知である。他
方、部材８の他側に対応して発生された力の成分Ｆ，か
全駆動力に寄与することは新規てある。これは相対的に
正圧である。全駆動力にはこのようにして正負両圧が寄
ケするので、’’風見どり効果’’が起こり、独特の振
動運動が起こる。とりわけ、小さい流量においても十分
大きな駆動力が得られる。換言すればこれは流量計が下
限がきわめて小さいレイノズル数の広い測定範囲を持つ
ことを意味する。部材８が第３図に示す中央位置を通過
するとき、有効流路面積は最小値を持つ。すなわち部材
８の各側の開口を通る流れの速度は最大値になる。その
とき動圧は最大なので、振動部材はつねにある大きさの
運動エネルギを持つてその中央位置に達することと組み
合わせて、乱流パターンはつねに確実に維持される。こ
の圧力条件によつて中央位置は完全に不安定、すなわち
振動部材が瞬間的にすらこの位置で停止する危険性はな
い。本発明の装置の他の有利な効果は測定範囲の広さに
関するものではなく、測定精度に関するものである。

乱流パターンによつて流れの全断面内に・方形速度形状
が得られる。方形の面積は流量の関数として変るが、そ
の形は実質的に一定に維持される。これは高い測定精度
と同義である。このおもな理由は縮小した境界層のため
てある。本発明によつて達成される駆動力の増大の理由
フの説明に関連して、振動部材の中央部８ｂの一側には
相対的負圧が、他側には正圧が存在することを述べた。

低流量においては、部材８の頂縁および底縁を周る流れ
のためにこの圧力差が均等化する傾向がある。この圧力
の均等化は部材８の頂縁５と底縁とがハウジング１の内
壁に直面するように設計することにより避けることがで
きる。流量計を流れる媒体が異粒子、たとえば水中の砂
を含むことを予期しなければならないときには、狭いス
ロットの存在にはそれらの粒子がスロット内にくフつつ
いて作動を防害するか、最悪のばあいには完全にふさぐ
危険性がある。そのようなときには部材８を第５図の形
にするのが適切てある。図示のようにフランジ状の部品
８ｃ，８ｄを部分８ｂの縦方向の縁の上下に付けて上記
のような粒子が実際上内部にたまらないようにする。第
６図の実施例においては突起６，７の外形は丸くなつて
いる。

さらに振動部材の上流面は凸形である。最後に、部材の
部分８ｂの自由端には球状部８ｅがあり、部材の正の力
を増大させる。本発明の流量計はその種々の部品の詳細
な設計を大巾に変えることができる。振動部材の部分８
ａは突起６，１と同じ厚さであるのが、必ずしも必要で
はないが適当である。また、対称位置にある部材の部分
８ａが２つの突起６，７と実質的に同じ面内にあるとき
最適の動作条件が得られる。しかし、一般的条件は振動
部材が突起が乱流を起こす領域内にあることなので 部
材の振動軸は突起より少し上流または下流みつてもよい
。同様に流れの方向の部分８ｂの長さは乱流領域の長さ
と一致する必要はなく、それより長くても短かくてもよ
い。本発明思想は、突起または同等の手段を用いて、振
動部材を包む乱流領域を発生させる絞り作用を起こさせ
るかぎり用いられる。全駆動力は部材８の両側の正負の
圧力の組み合わせ作用冫によつて発生される。本発明の
流量計は、広い測定範囲にわたつて高い測定精度が要求
されるとき、およびとくにこの範囲の下限が低いレイノ
ルズ数に対応するとき、すべてについて価値がある。食
料処理産業における流れの測定は本発明の応用分野の他
の例である。このばあい、流量計の構造が単純なので、
流量計を清潔に保ちやすくてとくに有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の流量計の斜視図である。 第２図は第１図の線Π−■に沿つた断面図である。第３
図は第２図の線■−■に沿つた断面図で、振動部材はそ
の中央位置にある。第４図は振動部材がその２つの端位
置の１つまたはその近くにあるときの第３図に類似の図
である。第５図は本発明の第２実施例の振動部材を示す
斜視図である。第６図は本発明の第３実施例を示す第３
図と同様の図である。１ ・・・・・・ハウジング、４
・・・・・・送信機、８ ・・・・・・振動部材、９
・・・・・・振動軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流路内に配置され流体の流動方向に直角な軸９の周
   りに振動するようになつた羽根状の部材８と、前記部材
   ８の振動数を流量に関する情報に転換する装置とを具え
   る流量計であつて、前記流路の有効流路を局所的に絞る
   とともにはがれを生じさせ流量計の全測定範囲にわたつ
   て下流側で乱流を生じ得るように、実質的に対向して前
   記流路の内壁から相互に内方に延長する１対の固定した
   突起６，７が設けられ、前記部材８は、中立状態では前
   記突起６，７の内端を通り前記軸９に平行する面に密接
   して位置する側方延出部分であつて同部分の両端と前記
   １対の突起６，７間で二つの分枝流路を各形成する第１
   部分８ａと、前記軸９を含み流体の主流方向に平行な面
   内に位置する細長い第２部分８ｂとを含み、前記第２部
   分８ｂは前記第１部分８ａに関して実質的に直角にかつ
   下流側に延長するように固定されることにより、前記第
   ２部分８ｂに対する横方向の成分を有し前記部材８を横
   方向に回転しようとする補強力が、前記二つの分枝流路
   を流れる流体によつて個別にかつ同時に発生され、よつ
   て前記部材８の振動が増幅されて精密な測定範囲が増大
   されることを特徴とする流量計。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の流量計において、前記
   各突起６，７はその上流側の面を流体の主流に関して実
   質的に直角な面内に位置していることを特徴とする流量
   計。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の流量計にお
   いて、前記各突起６，７はナイフの刃のような形状を具
   え、その尖つた先端が上流側に位置していることを特徴
   とする流量計。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の流量計において、前記
   突起６，７と前記第１部分８ａとは流れの方向に測つて
   実質的に同一の厚さであることを特徴とする流量計。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の流量計において、前記
   突起６，７と前記第１部分８ａとは実質的に同一平面内
   に位置することを特徴とする流量計。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の流量計において、前記
   軸９は実質的に前記第１部分８ａの両端からの中間に位
   置することを特徴とする流量計。 ７ 特許請求の範囲第５項記載の流量計において、前記
   軸９は実質的に前記第１部分８ａの両端からの中間に位
   置することを特徴とする流量計。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の流量計において、前記
   第１部分８ａと前記軸９は実質的に前記突起６，７の内
   端を通る面内に位置することを特徴とする流量計。 ９ 流量計において、 （Ａ）流路の有効流路を局所的に絞るとともにはがれを
   生じさせ、絞り部分よりも下流側で乱流を生じ得るよう
   に、実芝的に対向して前記流路の内壁から相互に内方に
   延長する１対の固定した突起６，７、及び（Ｂ）実質的
   に前記突起６，７を通る面内にある軸９を中心にして回
   動し得るように前記流路内に取付けられる羽根状の部材
   ８を含み、（Ｃ）前記羽根状の部材８は、該部材が中立
   状態では前記突起６，７を通る面内に実質的に位置し側
   方に延出する第１部分８ａと、前記第１部分８ａと交差
   して該部分８ａから下流側に延長する細長い第２部分８
   ｂとを含むほぼＴ型の形態であり、（Ｄ）前記軸９は実
   質的に前記第１部分８ａと前記第２部分８ｂとの交差点
   にあり、（Ｅ）前記第１部分８ａの両端は、各突起６，
   ７と協同して２個の分枝流路を形成し、（Ｆ）もつて、
   前記第２部分８ｂに対する横方向の成分を有し前記部材
   ８を横方向に回転しようとする補強力が、前記二つの分
   枝流路を流れる流体によつて個別にかつ同時に発生され
   ることにより、前記部材８の振動が増幅されて精密な測
   定範囲が増大されることを特徴とする流量計。