JPS607207B2 - ピト−管式流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はピトー管式流量計と、この流量計の下流向きボ
ートによって検出される圧力を流量の広範囲にわたり安
定させ、安定な繰返し精度のよい流量係数を得る方法と
に関する。

すべての流量計は形式及び寸法の如何を問わず測定され
た流量の関数として実際の流量を計算するための係数と
関係するいわゆる「流量係数」又は流量修正係数を有し
ている。

多くの場合、測定された流量の関数例えば流量の２乗と
この流量係数との積として実際の流量が計算される。い
ずれにしろ、この流量修正係数を使って、流量計によっ
て測定された流量に基づいて実際の流量のためのある値
を得ることができる。従って、測定された流量に対する
この流量修正係数の精度は流量決定における重要因子で
ある。この流量修正係数は次のように規定される：際の
姉且流量修正係数＝Ｆ（流量計の流量） 上記の式の流量計の流量は流量計の出力と、測定される
流体の特別なタイプを支配する数学的なモデルとに基づ
いている。

例えば、大多数の液体にとって、液体が非圧縮性である
ことを仮定する流体力学的な式が最も適していると考え
られる。他面においてガス流又は蒸気流では、１次元の
等エントロピーの流れに基づくモデルがもっとも近似的
であると思われる。残念ながら、広い流量範囲にわたる
コンスタントな流れ修正係数並びに他のすべてのコンス
タントな係数を有する流量計はほとんど存在しない。例
えば米国特許第３斑１５６５号明細書に基づく差圧の測
定のためのピトー管式流量計では、管内の流れ内へ挿入
される検出子が設けられており、この検出子が、流れを
衝突せしめる上流向きの面と、これの下流に位置する下
流向きの面とを備えており、この下流向きの面が、測定
すべき差圧の低圧成分を検出するための下流向きのボー
トを有している。

前記米国特許に開示されたすべての流量計は、流量、特
にレイノルズ数で特徴付けられた流量が変化すると、流
量修正係数が大幅に変化するという問題を共有している
。

その上、結果の繰返し精度が自由流れの乱流によって不
利に影響される。大量の実験データの詳細な分析によれ
ば、この問題の原因は低圧ボートが、円形横断面を有す
る流線形でない壁体の下流に位置していることに求めら
れる。しかし、他面においては、低圧ボートがこの壁体
の伴流内に位置していることによって、局部的な自由な
流れの静圧以下の圧力が生ぜしめられるという重要な利
点が得られる。本発明によれば、１対の鋭い縁を、検出
子の互いに対向する側に横方向で間隔をおいてしかも上
流向きの面と下流向きの面との間に配置することによっ
て先に述べた欠点が排除された。

上流向きの面は流れを分割するような輪郭を有し、分割
されたほぼ均等な流れが鋭い緑を横切る。下流向きの面
は、流れ状態の所定範囲にわたり、鋭い縁を通過した流
れの伴流範囲内で連続的に形成されている。次に図示の
実施例につき本発明を具体的に説明する。

第１図、第２図、第３図、第７図及び第９図に示す各流
量計はそれぞれ検出子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｍ
を有しており、これら検出子は使用時に第９図に示す導
管１２のような管内へ挿入される。

これら流量計は外部構造体１４を備えており、この外部
構造体１４は本発明の対象ではなく、管の外部に位置す
る適当な測定装置又は記録装置へ、管内で検出された２
つの液圧値を伝達させる機能を有すれば足りる。さらに
検出子自体もよく知られており、本発明の対象ではない
。壁体１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ及び１８Ｍは上流向きの
ボート１６を備えており、このボート１６は第９図に示
すように導管１２内に位置したさし、に該導管の鞄線を
含む平面内に位置するように配置されている。挿入管２
０が壁体内部に配置されており、この挿入管２０は中空
体から成る。この挿入管２川ま遮蔽された上流向きのボ
ート２２を有しており、このボート２２は第９図に示す
ように導管１２内に挿入されたさし、に該導管１２のほ
ぼ軸線上に位置するように配置されている。挿入管２０
のこのボート２２は壁体の上流向きのボート１６と協働
して、導管１２内の全流れ横断面にわたりボート１６に
よって検出された流体圧を平均化する。このように、壁
体の上流向きのボート１６及び挿入管２川ま相接触して
いわゆる「インパクト検出子」を形成せしめ、これによ
って流れの平均圧の検出を効果あらしめている。図示の
すべての検出子は第１図、第４図、第５図、第６図及び
第８図から判るように挿入管２０を有している。内部通
路（図示せず）が挿入管２０と管２０Ａとを蓮通せしめ
ており、この管２０Ａは外部構造体１４の部分を成して
いる。図示の各流量計はそれぞれ低圧管２４を有してい
る。この低圧管２４は下流向きのボート２６を備えてお
り、このボート２６は、流量計が第９図に示す位置にあ
るとき導管１２の軸線上に位置する。第１図、第２図、
第３図、第４図「第５図及び第６図に示す流量計では、
低圧管２４は中空な壁体内部に位置して低圧のためのボ
ート２６を有しており、このボート２６は壁体の下流に
開いた通路２８に運通している。低圧管（静圧管）２４
も、挿入管２０の場合と同様に内部通路（図示せず）を
介して外部導管２４Ａに接続されている。第７図、第８
図及び第９図の実施例は特に小直径の導管のために設計
されている。

この場合、先の実施例の大きな壁体では流れが塞さがれ
てしまうので、静圧管を壁体の外部に配置して、壁体の
寸法を著しく減少してある。第７図及び第９図から判る
ように、静圧管は壁体に比して著しく細くかつこれの下
流に配置されている。下流向きの低圧のためのボート２
６が位置するところには、流れ偏向部材３２が配置され
ており、これによって、第１図、第２図及び第３図に示
す実施例の壁体１８Ａ，１８Ｂ及び１８Ｃの機能とまっ
たく同じ制御された流れ偏向機能が得られる。各実施例
で、下流向きのボート２６の上流及びこのボートと対向
して位置する側に１対の鋭い緑３６が間隔をおいて設け
られており、この両方の鋭い縁３６−とボート２６との
間には鋭角的に下流へ向かって収数した面３８Ａ，３８
Ｂ，３８Ｃが位置している。

上流向きの衝撃面４０Ｍ，４２Ｍ（第１図）、４０８（
第２図）及び４０Ｍ（第３図）が鋭い縁３６の上流に位
置しており、これによって、この衝撃面に衝突した流れ
は両方の鋭い縁３６を通る２つのほぼ均等な流れに分割
される。この衝撃面は、流量計が第９図に示すように導
管１２内に配置された場合に該導管１２の軸線及び検出
子軸線によって規定された１平面を境として対称的に配
置される。第２図及び第５図に示す実施例では、この衝
撃面４０８は最も簡単な形状を有している。

即ち検出子１０Ｂの壁体１８Ｂに平らな衝撃面４０Ｂが
流れに対して直角に配置されている。一般にこの種の平
らな面が示すように、この衝撃面４０Ｂは、挿入管２０
のための内部横断面が減少するために製作が最も困難で
ある。流れの分割を一層良好にするために、互いに向か
い合って傾斜した１対の衝撃面４０Ｍが第１図、第４図
に示す実施例並びに第３図、第６図に示す実施例に設け
られている。

この１対の衝撃面４０Ｍは流れを分割する。分割されか
つ偏向されたほぼ等量の流れはそれぞれ両方の鋭い縁３
６を通過する。第３図、第６図に示す実施例の衝撃面４
０Ｍは中央に鋭い緑４２を備えており、第１図、第３図
に示す実施例では緑状の面４２Ｍが設けられている。第
７図、第８図及び第９図に示す検出子１０Ｍの流れ偏向
部材３２の衝撃面４０Ｎは第１図、第３図、第４図及び
第６図に示す実施例の互いにほぼ直角な面に比してさら
に鋭角的に傾斜している。

流れ偏向部材３２の案内緑は、これの上流の壁体１８Ｍ
によって遮蔽されており、このため作用は著しくない。
第７図、第８図、第９図に示す実施例では、上流向きの
衝撃面４０Ｍま壁体１８Ｍの円筒面と、この円筒面の下
流の鋭い縁３６の上流に位置する拡関した平らな面との
組合わせから成っている。いずれにしろ、衝撃面４０Ｎ
は、両方の鋭い縁３６を介して流れをほぼ等量に２分割
するように対称的な面として形成されている。鋭い縁３
６へ分割流を導くこれら衝撃面は凸状にわん曲してし、
ない方がよい。それというのは、このような凸状にわん
曲した面では、境界層が流れ状態の変化の下で検出子の
面から剥離する個所の明確な形状が損なわれるからであ
る。分流を鋭し、縁３６へ導く上流向きの衝撃面が凹面
状に拡関している場合には、境界層が流れ状態の変化の
下で正確に剥離する個所の良好な面の形成は十分行なわ
れるが、しかし、製作が複雑な割りには互いに傾斜した
平らな面に比して著しい利点はない。下流向きのボート
２６の上流に位置する鋭い緑３６はここを通過する流れ
を変向させるばかりでなく、同時に境界層の剥離が行な
われる個所をも規定する。いずれにせよ、この鋭い縁３
６は比較的鋭く形成される。この種の鋭い縁は、流量、
流れの性質及びその他の因子が幅広く変化しても境界層
を検出子の側部で正確に剥離せしめることが判明した。
この鋭い縁に丸味を持たせると、検出子から境界層が剥
離する個所がレィノルズ数の関数として曲面の周りを移
動し、このため、正確さが著しく損なわれる。本発明に
よればこの欠点が排除される。本発明のこれまで述べた
実施例では、鋭い緑３６は互いにほぼ平行に延びており
かつ取付け状態で導管軸線の両側でこれから等距離のと
ころに流れに対して直角になるように配置されている。

この関係は厳密であることが望しし、が、必ずしも厳密
である必要はない。それというのは検出子自体が、保守
されない場合には応々にして悪影響を受けるからである
。換言すれば、一方の鋭い緑３６が他方の鋭い縁に比し
て導管の側部に近く位置した場合、つまり検出子自体が
直径方向で正確に導管内に配置されなければ、それだけ
で流れの正確な横断面は検出されないからである。第１
図及び第４図の実施例では、鋭い縁３６は、ほぼ面平行
に互いに対向して位置する１対の案内平面４４を有して
いる。

鋭い緑３６は境界層の剥離個所に位置しており、案内平
面４４並びにこの案内平面と下流向きの鋭く収赦した面
３８Ａとの交線を成す下流の緑４６は妨げとはならない
。案内平面４４は検出子を通過した流れの伴流範囲に常
時位置するように狭幅に形成される。換言すれば、鋭い
縁３６の下流の検出子面は、流量計によって測定される
べき流れ状態の全範囲にわたり検出子を通過した流れの
伴流内に位置させるような形状又は位置を有しなければ
ならない。このことは案内平面４４だけでなく、下流向
きの収鍬した面３８Ａでも同様である。それというのは
、もし流れが鋭い緑３６の下流の検出子面へ再度付着し
、かつ第７図、第８図及び第９図で説明したように別の
鋭い縁が下流にそれも依然として低圧ポ−トの上流に設
けられなければ、下流向きのボートで検出される圧力の
安定度が失なわれるからである。案内平面が約０．４７
肌（３′１６インチ）程度であれば、大直径の導管のた
めに使用される第１図〜第６図の流量計では問題が生じ
ない。

第４図、第５図、第６図及び第８図から判るように、下
流向きの１対の面３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｍは著
しく収数しており、検出子１０Ａ，ＩＯＣの面３８Ａ，
３８Ｃは第２図に示す検出子１０Ｂの面３８Ｂ‘こ比し
て一層著しく傾斜している。

面３８Ａ，３８Ｂ及び３８Ｃはそれぞれ壁体１８Ａ，１
８Ｂ及び１８Ｃの一部から成っており、他面において第
８図に示す検出子１０Ｍの同様に収数した面３８Ｍは壁
体１８Ｍによって形成されずに流れ偏向部材３２の部分
から成っている。しかしこれら面の機能、目的及び効果
は同機であり、要するに測定すべき流れ状態の広い範囲
にわたり境界層を剥離せしめる鋭い縁３６の下流の面が
除去されればよい。上流向きの衝撃面４０Ｍ，４０Ｂ，
４０Ｎに比してこの下流向きの面はさして重要ではない
。

それというのはこの面のためのただ１つの基準は、流量
計によって測定されるべき流れ状態の全範囲内で検出子
の周り１こ流れる流れのすぐ後方にこの面が位置するこ
とだけだからである。図示の実施例のこの面はすべて平
面でありかつ流れに対して平行な１平面に対して対称的
であり、かつ低圧ボートを有している。平面は製作上簡
単であり、しかも面を平面以外の複雑な形状に形成して
も、かつ低圧ボートの反対側の面と異なる面形状に形成
しても効果は変らない。図示の４つの実施例の流量計の
検出子について上に述べた特別な形状は各流量計の中央
区分Ｃについてのものである。

この中央区分Ｃには低圧ボートが設けられている。第２
図及び第３図の実施例では、特別な形状がこの中央区分
Ｃだけに与えられており、上端区分ＵＥ及び下端区分Ｌ
Ｅはそれぞれ円筒形のままである。他面において第１図
に示す実施例のものではこの上端区分Ｕ並びに下端区分
Ｌの形状が異なっている。即ち、両区分は中央区分Ｃと
同様に特別な形状を有している。すべて４つの実施例で
は円筒状区分Ｘが第９図に示す導管１２の外部に位置し
ており、このためこの円筒状区分Ｘは導管１２内の流れ
に何の影響をも与えない。第７図に示す実施例では中央
区分が流れ偏向部材３２の一部から成っており、全長に
わたって円筒形である壁体には形成されていない。

しかし、機能的にはこの中央区分は第１図、第２図及び
第３図に示す実施例の中央区分Ｃとなんら相違しない。
第１図に示す実施例でのように、中央区分Ｃを上端区分
及び下端区分にまで拡張することには何ら支障がない。

他面において、この特別な形状の面が１対のボート１６
に近過ぎると、出力が薯しく低下することが判明した。
本発明方法の要旨はピトー管式流量計の下流向きボート
によって検出される圧力を広い流量範囲にわたり安定さ
せ、安定な繰返し精度のよい流量係数を得る方法におい
て、前記ボートの上流に位置する偏向面を横切る境界層
剥離区域を、該偏向面に縁を与えることによって局部化
し、かつ局部化された境界層剥離を生ぜしめるべく流れ
を変向せしめ、かつ、前記鋭い縁の下流の前記ボートを
備えた前記面を、流れ状態の所定範囲にわたり該面を通
過する流れの伴流範囲内に連続的に位置するように配置
しかつ賦形して、境界層の再付着を阻止する点にある。
図面の簡単な説明第１図は本発明の１実施例の部分破断
斜視図、第２図は本発明の別の実施例の斜視図、第３図
は本発明のさらに別の実施例の斜視図、第４図は第１図
の４−４線に沿った断面図、第５図は第２図の５−５線
に沿った断面図、第６図は第３図の６一６線に沿った断
面図、第７図は本発明のさらに別の実施例の部分破断斜
視図、第８図は第７図の８−８線に沿った断面図及び第
９図は第７図に示す実施例を使用状態で示す側面図であ
る。

１０Ａ，ｌＯＢ，ＩＯＣ，１０Ｍ……検出子、１２・・
・・・・導管、１４・・・・・・外部構造体、１６・・
・・・・ボート「 １８Ａ，１８８，１８Ｃ，１８Ｍ・
・‐・・・Ｂ辛白ヒ体、２０・・・・・・挿入管、２０
Ａ・・・・・・管、２２…・・・ボート、２４・・・・
・・低圧管、２４Ａ…・・・外部導管、２６……ボート
、２８…・・・通路、３２……流れ偏向部材、３６・・
・・・・鋭い縁、３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｍ…・
・・面、４０Ｍ，４０Ｂ，４０Ｎ・・・・・・衝撃面、
４２・・・…鋭い縁、４２Ｍ・・・・・・縁状の面、４
４・・・…案内平面、４６・・・…縁、Ｃ・・…・中央
区分、×・・・・・・円筒状区分。

Ｆ／夕．‐′ 〃夕．‐夕 Ｆ′１９‐Ｊ Ｆ／夕‐４ 〃９‐夕 ‘／ターク 〃夕‐ア 〃ダーク Ｆ／９．‐夕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導管内の流れの差圧を測定するピトー管式流量計で
   あって、導管内の流れに対して直角に延びる長手軸線を
   有する細長い検出子を備えており、この検出子が、これ
   の長手軸線及び流れの長手軸線を含む平面に関して対称
   的に位置して流れの衝撃を受ける上流向きの面を備えて
   おり、この上流向きの面が、衝突する流れの圧力を検出
   するための少なくとも１つのポートを備えており、かつ
   、測定すべき差圧の低い方の圧力を検出するための下流
   向きのポートを備えた下流向きの面が設けられており、
   前記上流向きの面と下流向きの面とが、少なくとも、検
   出子の長手方向に延びる鋭い縁のところの下流向きの面
   領域のところで、上流向きの面及び下流向きの面のいず
   れかの側で互いに結合されている形式のものにおいて、
   検出子が、導管を流れる流れの全直径にわたって延びて
   おり、前記鋭い縁３６が、上流向きの面４２Ｍ，４０Ｂ
   ，４０Ｍ又は４０Ｎの最大幅の最前端に設けられている
   ことを特徴とするピトー管式流量計。 ２ 前記鋭い縁が互いに平行にかつ検出子の軸線に対し
   ても平行に位置しており、これによって使用時に流れに
   対して直角に位置する特許請求の範囲第１項記載の流量
   計。 ３ 前記鋭い縁が検出子の全長にわたり延在している特
   許請求の範囲第１項記載の流量計。 ４ 前記下流向きポートが検出子の両端部間のほぼ中央
   に位置しており、前記鋭い縁が、この下流向きポートの
   ある検出子中央部分にのみ設けられている特許請求の範
   囲第１項記載の流量計。 ５ 前記上流向きの面が、対向する鋭い縁を備えた平面
   から成る特許請求の範囲第１項記載の流量計。 ６ 前記上流向きの面がほぼＶ字形の横断面を有してい
   る特許請求の範囲第１項記載の流量計。 ７ 前記下流向きの面がほぼＶ字形の横断面を有してい
   る特許請求の範囲第１項記載の流量計。 ８ ピトー管式流量計の下流向きポートによって検出さ
   れる圧力を広い流量範囲にわたり安定させ、安定な繰返
   し精度のよい流量係数を得る方法において、前記ポート
   の上流に位置する偏向面を横切る境界層剥離区域を、該
   偏向面に鋭い縁を与えることによって局部化し、かつ局
   部化された境界層剥離を生ぜしめるべく流れを変向せし
   め、かつ、前記鋭い縁の下流のポートを備えた前記面を
   、流れ状態の所定範囲にわたり該面を通過する流れの伴
   流範囲内に連続的に位置するように配置しかつ賦形して
   、境界層の再付着を阻止することを特徴とするピトー管
   式流量計の下流向きポートによって検出される圧力を流
   れの広い範囲にわたり安定させ、安定な繰返し精度のよ
   い流量係数を得る方法。