JPS60501972A - 平面測定用うず流出型質流量計 - 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】 本発明は一般的には管を通って流れている流体の量を測定するためのうす流出型 の流量計に関し、特に運動している流体の質量流量を決定するための装置に関た とえは管理転送、燃料の計量または反応物の混合の応用法のごとき多くの工業上 の流体の操作に関して、管を通って流れている流体の質量流量の測定か可能であ ることが望ましい。

従来のうす型流量計においては、流出体の回りを通る流体はその流体の流量（ｙ 　）に比例している発生率を有する５ずの流れを生成する。うすに応答するセン サが流量を代表する周波数を有する信号を生成する。

この流量計の横断面積は判っているので、したがって結果として生じたこの管内 の流体の体積流量を計算するのに上記流量信号を用いることができる。この流体 の密度（ρ）もまた判っていわば、結果として得られる体積流量と密度との積は 質量流量である。たか、密度が温度と圧力とび）変化に敏感であ・るＪ゛で、体 積流量の直接の測定からのみ質量流量を導き出丁ための簡単な比例定数を提供す ることは不可能である。がスの場合はこの感度は代表的にはきわｙ）で顕著であ って、質量流量の適度に精確な測定を得るためには、作動状陣の下での密度の直 接辿１示か必要である。

直接に測定されるべき流体密度を必要としない質量流量を迎ｌ定するための各種 の装置が今までに提案されている。たとえは、マーンの米国特許第６，７１９． ロアろ号の明細書には、うす流出体が下流のセンサとｎ列に用いられ、このセン サが運動中のプロセス流体とうす流出体との相互作用から生じた振動流のパタン の周波数と振幅との両方を探知するようにされた質量流量計が開示されている。

前記マーンの特許は、周波数が流体の流量（Ｖ）の変化に正比例して変化し、ま た振幅が流体の密度と流体の流量の平方との積（すなわちρｙ２　）である流れ の特性の変化とともに変化する。その結果として、質量流量は流れパタンの探知 された振幅を代表したセンサ信号を前記流れのパタンの周波数を代表した他のセ ンサ信号で割ることで計量されることができる。

リシの米国特許第６，７８５，２０４号σ）明＠Ｉ古に開示されている他の先行 技術においては、うす流出型測定装置は２つの圧力タノプを有している差圧器梓 と直列に組合わされる。一方の圧力タンプは前記のうす流出型湧（定装修の上流 に配置され、また他方の圧力タノゾは下流に酢漬されている。この沖（定装置は 運動している流体の流れ内の障害物として用いられているので、ρ■２流れ特性 に比例していると周知されている圧力降下が生成される。その結果として、測定 されたρ■２流れ特性が流体の流量Ｖで割られるマー７の特許の明細書に記駅さ れているのと同様に俤量流量が計算される。

たがマー７の特許およびリシの特許の各明細書に記動されて℃・る質量流量計特 有の１つの問題はρ■２流れ特性を測定する装置と、流体の流量を測定する装置 とが互いに軸線方向に分離していることから生じている。

このように分離している結果、主として、２つの測定装置の相互間に覗われる圧 力損失および増大された乱流との形の多少のエネルギ変化が生することになる。

これ等のエネルギ変化は、それぞれ２つの測定位置に存在する条件が同じでない のでこの質量流量の測定の精度を制限する。かくして、これ等の先行技術の、特 に低圧ガス用として使用するための、流量計の測定精度を増加するため、前記の エネルギ変化から生ずる誤差を補正するのに付加的装置および電気回路構成部分 が必要とされる。液体であろうとがスであろうとこれに対する補正装置を使用す ることで、両方の型式の先行技術の流量計がま１ま丁複雑にされる。さらにその 上に、前記２つの測定位置の相互間の軸線方向の分離が減せられるにしたかつて 、修正係数の予見かますまる。

したがって、エネルギの変化を補正するのに付加的な電り回路構成部分または装 置の使用によらずにプロセス流体の質量流量を泗１定するための改善された流量 計が必要とされている。

発明の要約 先行技術の装置の前記の諸問題は流出用本体を有する従来のうす型流量計が上記 流出用本体内に装架された密度に敏感な測定装置と組合わされている本発明の原 理にしたがって作られた新規にして改善された流量言１の提供により解決される 。この密度に敏感な装置はうすを発生している平面と同じ平面内で運動している 流体のρｖ２流れ特性を測定するように作動づ−る。この配列は前に述べられた 問題、すなわち、管内で軸線方向に互いに分離されている位置において行われて いる測定に起因したエネルギ変化から誤差が生ずると（・５問題を実儀上排除す る。

本発明の好ましい一実施例においてはピトー装置が運動流体のρｖ２流れ特性に 比例した圧力差を感得するのに用いられている。流れている流体の動圧を感得ス るたぬの、少なくとも１つの開口または導口か前記流出用本体の上流表面に形成 されている一流れている流体の静圧を感得するための他の導ロカ流出用本９・の 上流表面を含んだうず侮生平面が前記管の内壁に交わって℃・る場所で育ｉ」配 管内に形成されている。この他方の導口は、動圧を感得される平面で、うすを形 成される平面と同じ平′面内にあるので、エネルギ変化を補正するのに膨張係数 のごとき修正係数を必要としない。

本発明の第２の実施例において、力感糊板を前記流出用本体の上流表面と同一平 面をなすように装架されているターグントメーターが、前記のρｖ２流れ易性を 演１１定するのに用いられている。上記流出用本体は前記力感帯板を受け入ねる ための開口を形成されまた前記板に作用する力に応答する装置のための貫通通路 を含んでいる。前記ターケゞソトメーターにより感得された力はその後において 適当な回路構成部分により信号に変換され、この信号が前記うず型流量計により 生成された流量信号と絹合わされた場合に、その結果として生じた信号かこの管 を通って流れて℃・る流体のＴ量流量を代表するようにされている。

本発明の上記ならびにその他の特色は添付図面についての以下の説明を読むこと できわめて完全に理解さ第１図は本発明の原理にしたがって構成さねた流量側の 一部を破り取って示された、平面図。

鉋２図は第１図の２−２線に沿って矢印方向に見た断面図。

第６図は第２図の６−６線に沿って矢印方向に見た断面図。

第４図は動圧を感得するのに２つの導口が用いられている本発明の他の実施例を 示した図。

第５図はターケ゛ットメーターを組込んだ本発明のさらに他の実施例を示した図 である、１ 好ましい実施例の詳細な説明 第１図には本発明の原理にしたがって作られたｆＭＲ流量計１０の平面図が図示 されている。先行技術のうす流出用本体１２が管１４内に装架され、またこの管 内には流体が矢印Ｆで示されて（・る方向に流れている。

周知のとおり、この流体が上流表面１６の非流組形の面を通って流れた場合、こ の流体の流わは上記表面１６のとがった輪郭にしたがって流れることかできすに 本体１２かも分離する。この本体の付近に剪断層が形成される。この剪断層は大 きな速度勾配を七するので、固有的に不安定であり、したがってあ・る長さを運 動した後にはくすれて明確に画定されたうすとなる。

これ等のうすは回転流れ帯域であって、流体の流量に比例した頻度数で表面１６ の各側に交互に形成する。

これ等のうすが形成され且つ流出される際に圧力差パルスが生ずる。表面１６の 同じｌｔｊ　Ｆ形成される任意の１対のうすの中心の相互間の距離が一定である ことは理解されるべきである。うすの波長としても知られているこの距離は本体 １２の固有の寸法の変化に応じて変化する。換言すれはうすの頻度数（丁なわち 発生率）がたとえ流体の流量に左右されるとしても、このうすの波長は同じ流出 用本体が使用されて（・る限り同じままである。

卯、１図に図示されている本発明のこの実施例にお〜・て、変換器１８は各々の うすがこの変換器を通り過ぎる際に生ずる圧力の変動に応答して流体の流量に対 応した電気信号を生成する。要すれば、変換器１８は液体を充満されたカプセル であり、このカプセルはうす内のエネルギの比較的に大きい部分に応答するよう に適度な大きさの面積を有する１対の柔軟なダイアフラムを側壁として有してい る。このダイアフラムは互いに交互、に生ずるうす圧力パルスを圧電感得要素に 伝達し、この圧電感得要素はそれに対応して１対の１線３３．３５を通して電気 回路３４へ送られる交互する電圧信号を生成する。電餐回路３４は管１４を通っ て流れている流体の流量を代表する■として示されている流れ信号を生成するよ うに配列されている。この変換器１８はカーランその他の米国特許！＝−４，０ ８５，６１４号の明細書に詳細に記載されている。

うす流出用本体１２の上流表面１６に導口２０が形成されている。通路２２が導 口２０を管継手２４に接続し筐たこの管継手２４は先行技術の差圧測定器具２８ の一方の側に接続されている。導口２０、通路２２および管継手２４の全ては添 付されているその他の図と関連１〜て詳細に述べられるピトー装置の一部である 。導口２０は流体により表面１６に加えらする動圧を受け入れるのに役立つ。こ の動圧はＦＤとして示されている圧力信号として圧力測定器具２８へ送られる。

第２図は第１図の２−２線に沿って断面された費量流量計１０のｍ部平面図であ る。上流表面１６を含む平面が管１４の内壁と交わる位置にて管１４を貫通して 形成された導口４０は差圧測定器２８の側面３０に結合された管継手４２に接続 されている。導口４０が流体の流れ方向を代表している矢印を横断している。

導口４０は流れている流体の静圧を受け入れ且つ上記圧力をｐｓとして示されて いる圧力信号として管継手４２を通し、差圧測定装置２８へ加えるのに役立つ。

第３図には第２図の６−６線に沿った断面による流量計１０の正面図が示されて いる。導口２０の位置は表面１６に沿っていれはどの場所でもよい。導口４０は 管１４の円周に沿った任意の場所に位置決めされてよいができれは表面１６を含 んだ同一平面内であることが好ましい。だが、流体の流れの方向を横切り且つ導 口４０の中心を含んだ平面は製造公差を考慮に入れ且つ導口４４といっしょの使 用のための本体１２の幾つかの判定のサイズを許丁ため、できればうすの波長の １／２をこえない距離まで表面１６の平面から上流または下流へずらされること ができる。第１図から第６図までの図に図示されているように、圧力測定器具２ ８の出力はρｖ２として示されている電気信号を生成する圧力ー電流（Ｐ／工） 変換器３８へ管を介して導かれる。管１４を通って流れているプロセス流体の質 量流量に対応しているρＶとして示されている信号を生成するため電気信号ρ■ ２をＶとして示されている流量信号で割る割算器回路３６が電気回路３４と変換 器３８との出力を受信するように結合されている。

一方の設備から他方の設備へ転送されている流体の量が買い手により供給者に負 わされて−・る金銭上の支払いを決定するｆ）に使用されている場合の管理転送 を含んでいる状況に対しては特に、質量流量を測定する能力が望ましい。先行技 術の質量流量計を超えた本発明の１つの利点はその成分部分かがん丈にされて、 ｗ形物または腐食性の要素を含んだ流体の流れのととき極端な条件に耐えるよう に作られることができることである。基本的には簡単である流れている流体に露 出される本発明の感得要素は静止しておりまた回転羽根あるいは枢動自在に装架 された羽根のことき物を含んでいない。

第４図に図示されている出願人の発明の第２の実施例５９におし・ては、上流表 面１６は原付によりこの表面１６に加えられている動圧を受け入れるための第２ σ）導口６０を有している。通路６２の一方の端部は導口６０に接続されまた他 方の端部は管継手６６を介して辿゛路２２に接縮されている。この配列により、 導口４０および６０により受（ハ）人士１られた動圧は結合されて圧力測定器２ ８へ送信するための合成動圧信号にされる。導口２０および６０の実際の位置が 表面１６上の任意の場所であく・てよいことは理解されるべきである。この本発 明の卯２の実施例は流れの輪郭が測定平面に跨って一様ではなく、その結果、互 いに分離された導口２０と６０との間で平均されるべき流れている流体により動 圧が表面１６に加えられる状況に対しては有用である。

第５図に図示されている本発明の第６の実施例では流体のρ■２流量特性を感得 するのに抗力物体装置、たとえばターゲットメーター 発明のこの第６の実施例はうす流出用本体１２と、変換器１８と、流体の速度に 対応した電気信号Ｖを発生する、関連された電気回路３４とを含んでいる。ター ゲットメーター８０の一部分であるターケ゛ット８２は上流表面１６と同一平面 をな丁ように配置される平坦表面８４を有している。連結棒８６が一方の端部を ターケ゛ット８２に連結さねまた他方の端部を管１４の壁を貫通している。ター ケ゛ット８２を受け入ねるための開口８８が流出用本体１２に設けられまた連結 棒８６を収容するための空洞９０が流出用本体１２内に形成されている。可撓体 ９２が棒８６を管１４に枢動自在に装架し且つまた流れている流体が逸出するの を防止するため空洞９０を密封する。したかつて連結棒８６の自由端部は流わて いる流体によりターケゞソ）８２に加えられて℃・る力に応答して動くことがで きる。

振動ワイヤ構体１００が連結棒８６の端部９４の運動を感得するのに用いられて いる。この振動ワイヤ構体は力変換器としてこの技術の分野において周知されて いる。振動ワイヤ１０２は一方の端部な不動の装架体１０３に装架されまた仙方 の端部は連結棒８６に端部９４近くで連結されている。ワイヤ１０２が刺戟され て（述べられていない装置により）振動せしめられた場合、その振動の周波数は 流れている流体によりターケ゛ット８２に加えらねている力の結果として加えろ わる張力に左右される。検知回路１０４がワイヤ１０２の振動の周波数に応答し てρ■２として示されている電気信号を生成する。割り算回路３６が変換器３４ と検知回路１０４とからの出力に応答してｅ量流量に対応したρ■として示され ている合成信号を生成する。

以上において本発明を幾つかの実施例に関して述べたが添付の請求の範囲に記載 されている発明の真の精神と範囲とを逸脱することなく各種の改良と変更とを施 し得ることは明らかであろう。特に、電勿回路３４、割り算回路３６および変換 器３８により生成される電気信号はアナログ、デジタルまたは周波数の信号であ ってよい。さらにその上に、本発明の第６の実施例は、従来のうす型流量計およ び振動ワイヤ構体１００が周波数装置であるので、周波数領域に特に適当してい る。

さらにその上に、この第６の実施例は振動ワイヤ型とは異なった他の力検知装置 を有することができる。

ＦＩＧ２ ＦＩＧ、　３ Ｆ／に、　４ ＦＩＧ、　５ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　うず流出型の流量計量装置において、流れている流体が通り抜けるようにさ れた導管と；うすを生成するための表面を有して、前記導管内に堅固に装架され ているうす流出要素と；前記の流れている流体の運動方向を横断する方向に配置 され且つ前記表面に交わる測定平面と；前記うすの流出率を代表し且つそれによ り前記酌・定平面内の前記流体力体積流量に比例している速度信号を発生するた めのうず応答装置と； 流体の密度と前記体積流量の平方との積（Ｃ左右される運動流体の特性を前記測 定平面内で検知するためのセンサ装置であって、前記の運動流体の特性に対応し たセンサ信号を生成するように作動するセンサ装置と；前記センサ信号と速度信 号とを受信して、回路を辿り抜けている流体の質量流量に比例した流量信号を生 成するように規定された相互関係に応じて前記センサ信号と速度信号とを結合す るための回路装置とを含んでいる装置。 ２６　請求の範囲第１項記載の装置において、前記センサ族かがピトー装置を含 み、このピトー装置が流体の動圧を感得てるだめの前記測定平面と前記表面との 交線に位置決めされた１つの導口と、流体の静圧を感得するための、前記導口の 内壁との前記測定平面の交線に実賃上配置された第２の導口とを含んでいる装置 。 ６、請求の範囲第２項記載の装置において、前記ピトー装置が前記流体の動圧を 溜１定するための少なくとも２つの導口を含み；前記測定平面が前記表面に交わ る位置に前記２つの導口が配置されている装置。 ４　請求の範囲第２項記載の装置において、前記表面が前記うす流出要素の平坦 な上流の面である装置。 力応答装置が前記の動圧と静圧とを受信するための、前記ピトー装置に連結され た差圧徂１定装置である装置。 ６、請求の範囲第５項記載の装置において、前記圧力応答装置が前記の運動をし ている流体の特性に対応した電気信号をセンサ信号として生成するため前記差圧 画定装置の出方側に接続された圧力−電流変換器をさらに含んで（・る装置。 Ｚ　請求の範囲第６項記載の装置において、前記回路装置が前記質量流量信号の 生成のため前記速度信号の特性で前記電勿信号の特性を割るように配列されてい る装置。 ８　請求の範囲第７項記藍の装置において、前記電気信号と前記速度信号との各 々の前記特性が周波数である装置。 ９　請求の範囲第１項記載の装置にお見・て、前記センサ装置か前記運動流体の 特性を検知するたぬの可動板を含んたターケ゛ソトメータである装置。 １０　請求の範囲第９項記載の装置において、前記うず流出用要素が前記ターケ ゛ットと可動板とを受け入れるための空洞を内部に形成されている装置。 １１、請求の範囲第９項記載の装置が前記うす流出要素の平坦な上流面にされて いる装置。 １２、請求の範囲第９項記載の装置において、前記センサ装置がさらに、前記タ ーケゞットメーターに加えられている力を測定し、それにより前記運動流体特性 に応答するセンサ信号として力信号を発生するための振動ワイヤ装置を含んでい る装置。 １ろ、請求の範囲第１２項記載の装置において、ｍ１記質量流量信号を生成する ため前記回路装置が前記振動装置から受信された前記力信号の特性を前記速度信 号の特性で割るように作動する装置。 １４　請求の範囲第１６項記載の装置において、前記力信号と速度信号との各々 の前記特性が周波数である装置。 １５　流れている流体が通り抜けるようにされた管と、前記流出要素との前記の 流れている流体の相互作用から生ずるうすを生成するための表面を有して前記管 内に装架されたうす流出要素と、前記のうすの流出率を代表し、したがって前記 管内の前記流体の体積流量に比例した速度信号を生成するように前記うすに応答 する装置とを會んだ型式の５ず流出型外景流量計量器において、前記の流れてい る流体の運動の方向を横切る方向に配置された測定平面と；流体の密度と体積流 量の平方との積に左右されろ運動流体の特性を前記測定平面内で感得するたぬの ピトー型の装置であって、流体の動圧乞感得するための第１の取入れ口、流体の 静圧を感得てるだめの第２の取入れ口および前記動圧および静圧に応答して、π １記の運動流体の特性に対応したセンサ信号を生成するための装置とを含んだ装 置と：前記センサ信号と速度信号と乞受信して、前１記管を通り抜けている流体 の質量流量に比例した流れ信号を生成するように規定された相互関係にしたがっ てこれ等の信号を結合するたぬの装置とを含んで成るうす流出型の質量−流量計 量器。