JPS62215829A - うず流速測定装置 - 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、導管の流体チャネルの中に取付けられており
カルマンうずを発生するように形成されている堰部材と
、カル７／うすにより発生される圧力変動を検出するう
ずセンサであって、うずセンサは、うず−圧力変動によ
りふれる第１の振動部材と、第１の振動部材の、流体に
対して密閉されている中空室の中に取付けられており、
第１の振動部材の電極の一部分に対向してこの電極の一
部分と共に、うず−圧力変動により生ずる、第１の振動
部材のふれにより変化する測定容量を形成する少くとも
１つのコンデンサ電極を備えた、電極支持部材を有する
容量変換器とを備えており、その際に電極支持部材は、
うず−圧力変動から分離されている第２の振動部材とし
て形成されているうずセンサと、該コンデンサ電極と接
続されておりこの測定容量の変化に依存して、うず−圧
力変動の周波数ひいては導管内の流速を表わす電気信号
を発生する容量測定回路を備えている評価回路とを有す
る、導管内の流体の流速を測定するうず流速測定装置に
関する。

米国特許第４３６２Ｃ１６１号明細書から公知の、この
形式のうず流速測定装置においては堰部材自身がうずセ
ンナの第１の振動部材を形成する。それ数層部材は、容
量変換器の電極支持部材が中に取付けられておシ流体に
対して密閉されている中空室を有する。堰部材は添着部
材により流体チャネルの直径の２倍以上に延長されまた
この堰部材の両端部を軸承して堰部材がうず一圧力変動
により曲り振動するようになっている。堰部材の、その
中空室に固、定して取付けられている電極支持部材に対
する相対的な振動運動により、電極支持部材に取付けら
れている電極と、これらの電極に対向している、堰部材
−中空室の壁の複数の部分との間の容量変化が決まる。

電極支持部材は棒状でありその一端部をクランプしてこ
の電極支持部材が第２の振動部材を形成するようにしこ
の第２の振゛動部材が外力により、電極が取付けられて
いる、電極支持部材の自由端にふれる曲９振動を行うよ
うにする。堰部材と電極支持部材の振動特性を適切に測
定して、振動障害または同様の障害により生ずる、電極
の位置でのこれらの両方の振動部材のふれの大きさがほ
ぼ等しくまたそのふれの方向が同・−であるようにして
このようなふれにより容量変化が生じないようにしなけ
ればなｔ−、ｆｒｍ−ｌ−％ｈ　ｌ−ｔｒ−ｙＭ　１．
、　ｒのｎａ−＋婚Ｈナスこシは困難である、何故なら
ば例えば、第１振動部材の構成は主に堰部材としてのそ
の機能により決められるからである。堰部材の、前もっ
て与えられた断面形状と所要の剛性とによシ、うず−圧
力変動により得られる振幅ひいては容量変化は小さくし
たがってうずセンサの感度が低下する。更に、電極支持
部材の振動特性は堰部材の振動特性に良好に整合しない
ので振動障害および同様の障害の補償を良好に行うこと
はできない。更に、例えば流体チャネルの公称幅が大き
い場合には通常、層部材自身が振動するのは望ましくな
い。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、良好な感度を保持しながら振動障害や
同様の障害の補償を、堰部材の機能を悪化させることな
しに行う、冒頭に述べた形式のうず流速測定装置を提供
することにある。

問題を解決するだめの手段 上記問題は本発明により、堰部材の中に１つの中空室を
形成しこの中空室が貫通孔を介して導管の流体チャネル
と連通されておりそして第１の振動部材が、電極支持部
材を取巻いており堰部材の中空室の中に設けられている
センサ筒であるようにして解決される。

本発明によるうず流速測定装置においてはうずセンサの
双方の振動部材は堰部材と無関係である。それ数層部材
をしかつりと固定して形成し取付けることができる。う
ずセンサの第１の振動部材を形成するセンサ筒は、所望
の振動特性のみを考慮して形成することができる。例え
ばセンサ筒を、それが、大きい振幅の曲り振動を有する
うず一圧力変動を検出しそれによってうずセンサの感度
を高めるように形成することができる。更に、センサ筒
と電極支持部材を、同一の振動特性を有する同一形式の
振動部材として例えば一方の端部は締付は固定されてお
り他方の端部は自由端でありこれらの自由端にはコンデ
ンサ電極が取付けられている曲り振動部材として形成す
ることができる。そのようにするとこれらのセンサ筒お
よび電極支持部材は振動障害や同様の障害に対して同一
の特性を呈するのでこれらの障害によるノイズを最適に
補償することができる。最後に、うす流速測定装置の本
発明による構成では装置の高さが小さい、何故ならば、
切欠部にうずセンサが取付けられている堰部材は流体チ
ャネルの直径より犬さい必要はないからである。

本発明の有利な実施例は実施態様項に記載されている。

実施例 次に本発明の特徴と利点を図を用いて詳しく説明する。

第１図において示されているうす流速測定装置１０は、
断面が示されている測定管１１を有しこの測定管１１は
、流速を測定すべき流体（液体、ガス）が流れる導管の
中に取付けられている。すなわち第１図において流体は
この図の平面に垂直に測定管１１の流体チャネル１２を
流れる。第１図において測定管１１の上側に面取り面１
３が形成されておりこの面取り面１３から、半径方向に
走行する孔１４が測定管の内部へ案内されている。面取
り面１３の上に管状のケーシング支持部材１５が取付け
られておりこのケーシング支持部材１５の、測定管１１
とは反対側の端部に回路ケーシング１６が取付けられて
いる。

管１１の内部に堰部材２０が取付けられておりこの堰部
材２０は流体チャネル１２の全直径にわたり直径方向に
延在しておりまた堰部材２０の両端部は測定管１１の壁
に固定連結されている。堰部材２０は、それが流体の中
にカルマンうずを発生するようにうす流速測定装置にお
いて公知のように構成されている。堰部材２０は、同一
断面を有するプリズム状体例えば２等辺三角形の形状で
ありこの２等辺三角形の基本線が流れの方向に向いてい
る。堰部材２０の所で、一方のうず流路のうずが他方の
うず流路のうずに対してずれている２つの平行なうす流
路が発生する。流速測定は、各うす流路内の連続するう
ず間の距離は、大きな流速範囲にわたり一定である。そ
れ故カルマンうずの繰返し周波数は流速に比例する。そ
れ故うす流速測定装置は、それが、カラマンうずの繰返
し周波数の特性を表わす信号を発生するように形成され
ている。

このために堰部材２０の中に軸方向に走行する中空室２
１が形成されており、この中空室２１は、堰部材２，０
の、第１図において上方に位置する端部から堰部材２０
の全長の大部分にわたり延在している。堰部材２０は、
中空室２１と孔１４が同軸をなすように測定管１１の中
に取付けられている。中空室２１は有利には円筒状であ
り孔１４と同一の内径を有する。中空室２１は測定管１
１の流体チャネル１２と、流れ方向を横断する方向に堰
部材２０を通過して案内され互いに対をなして対向して
いる複数の貫通孔を介して連通されている。貫通孔２２
゜２３から成る第１の対は流体チャネル１２の軸線の高
さにすなわち堰部材２０の高さの−にはぼ位置する。貫
通孔２４．２５から成る第２の対は堰部材２０の上端部
にそして直接に測定管１１の壁に位置する。貫通孔２６
．２７から成る第３の対は中空室２１の下端部に、中空
室２１の境界線を決める端面壁２８の高さに設けられて
いる。双方の下部貫通孔２６と２７との間にそして端面
壁２８に、測定管１１の軸線に平行に位置し僅かな高さ
の分離壁２９が形成されている。

うずセンサ３０は孔１４を通過して中空室２１に突出し
ておりこの中空室２１の中でうずセンサ３０はほぼ分離
壁３１まで延在している。

うずセンサ３０はフランジ３１に取付けられておりこの
フランジ３１はねじ３２により面取り面１３に固定され
ている。

うずセンサ３０は第２図の断面図において詳細に示され
ている。うずセンサ３゛０は２つの構成部分から成る。

第１の構成部分は管状のセンサ筒３３でありこのセンサ
筒３３の一方の端部はフランジ３１と連結され他方の端
部は端面壁３４により密閉されている。７ランジ３１は
中間開口部３５を有しこの中間開口部３５はセンサ筒３
３と同軸でありまたその直径はセンサ筒３３の内径に等
しい。更に、フランジ３１は、その周囲に配設された複
数の孔３６を有しておりこれらの孔３６は、フランジ３
１を面取り面１３（第１図）に固定するねじ３２を案内
する。

センサ筒３３は端面壁３４と共に、７ランジ３１と一体
を成す、鋼等の同一材料から形成することもできる。

うずセンサ３０の第２の構成部分は、フランジ３１の中
間開口部３５を通過してセンサ節３３の内部へ突出して
いる電極支持部材４０である。電極支持部材４０は、第
２のフランジ４２と連結され有利には７ランジ４２と一
体を成して例えば同様に鋼で製作される管４１から成る
。７ランゾ４２をねじ４３により７ランジ３１の上面に
固定して電極支持部材３４が中間開口部３５を通過して
センサ筒３３の内部に突出しそこでほぼ端面壁３４まで
延在するようにする。

電極支持部材３４の管４１は、直径が異なる６つの部分
を有する。フランジ３１の中間開口部３５の中に位置す
る第１の部分４１ａは、中間開口部３５の直径に等しい
外径を有しそれによって電極支持部材が正確に固定して
位置決めされている。電極支持部材の全長の大部分を占
める第２の部分４１ｂの外径をセンサ筒３３の内径より
僅かに小さくして周囲にリング状の狭い間隙が部分・４
１ｂとセンサ筒３３との間に形成されるようにする。管
４１の終端部分４１Ｃは、内部へ突出する段部４４を介
して中間部分４１ｂに連結され、大幅により小さい直径
を有する。終端部分４１ｃに絶縁筒４５が取付けられて
おりこの絶縁筒４５の外径は中間部分４１ｂの外径より
僅かに小さい。絶縁筒４５は例えばセラミックから成る
。絶縁筒４５には２つのコンデンサ電極′４６および４
７が取付けられておりこれらのコンデンサ電極４６及び
４７は、第３図の端面図が示すように絶縁＠４５の周囲
面と下端面の大部分を被覆しているがしかし間隙４８．
４９により機械的かつ電気的に互いに分離されている。

コンデンサ電極４６．４７は、絶縁筒４５に取付けられ
た金属化部により又は付着された金属シートから形成さ
れる。絶縁筒４５とコンデンサ電極４６，４７の厚さは
、コンデンサ電極４６．４７とセンサ筒３３の内面との
間にそして周囲の回シにリング状で狭幅の間隙５０が形
成されるように決める。

各コンデンサ電極４６．４７は、対向して位置しておシ
対向電極として作用する、絶縁筒３３の一部分と共に、
絶縁材が空気であるコンデンサを形成する。これらのコ
ンデンサのそれぞれの容量はコンデンサ電極の表面積に
比例しそしてコンデンサ電極とセンサ筒との間の間隙幅
に逆比例する。

絶縁筒４５の下端面を被覆する、コンデンサ電極４６と
４７との部分に、２つのシールドケーブル５１，５２０
内部導線がはんだ付けされておりこれらのシール団ケー
ブル５１．５２は電極支持部材・４０の中空内部と管状
のケーシング支持部材１５とを通過して案内されまたこ
れらのケーブル５１．５２によりコンデンサ電極４６．
４７が、回路ケーシング１６内に設けられている、うす
流速測定装置の電子評価回路と接続されている。

第１図が示すようにうずセンサ３０のセンサ筒３３の外
径は堰部材２０内の中空室２１の内径よシ僅かに小さい
のでセンサ筒３３はすべての側において中空室２１の壁
から離れて位置している。それ故中空室２１内にそして
センサ筒３３の周りに空間がありこの空間は貫通孔、２
１ないし２７を介して、測定管１１の流体チャネル１２
を流れる流体により充填されている。うずセンサ３０は
堰部材２０の中に、コンデンサ成極４６，４７が、測定
管１１と堰部材２０との軸線が通って、おりかつ第３図
において線Ｘ−Ｘで示されている軸方向中間面に対して
対称に位置するように取付けられている。

次にうす流速測定装置１０の前述の構成がいかに動作す
るかを説明する。

うずセンサ３０の双方の構成部分のそれぞれ即ちセンサ
筒３３と電極支持部材４０とは、一方の端部が支持され
ており、自由端である他方の端部が外部力により、第２
図に示されている静止位置から、その長手方向を横断す
る方向でふれる、長く延在する振動体である。

測定管１１を流体が流れそして堰部材２０に両方のカル
マンうず流路が形成されると堰部材２０の双方の側に互
いに逆位の周期的圧力変動が生じこれらの圧力変動は貫
通孔２２及び２３を介して中空室２１の中へ伝えられセ
ンサ筒３３に作用する。このうずによる圧力変動によっ
て生ずる力の作用によって、センサ筒３３はその長手方
向を横断してかつ流れ方向を横断して相互に逆方向に交
番してふらされる。センサ筒３３の上端部はクランプさ
れているので前記のふれにより湾曲が生じしたがってセ
ンサ筒３３はうず一圧力変動により、圧力変動の周波数
に等しい周波数で曲り振動を行う。センサ筒３３の曲り
振動固有共振周波数はうず一圧力変動の最高周波より大
幅に高いのでセンサ筒３．３の曲り振動は臨界未満で励
起され周波数と位相に関して正確にうず一圧力変動に追
従する。曲り振動の振幅は小さいのでうず−センサ３０
の構成部分を、センサ筒３３が、最大振幅の場合に中空
室２１にも電極支持部材４０にも当たらないように構成
する。

堰部材２０の中の上部貫通孔２４．２５と下部貫通孔２
６．２７により流体が中空室２１と流体チャネル１２と
の間を自由に循環することができるようにして流体が支
障なしにセンサ筒３３の曲り振動を回避したシそれに追
従したりすることができるようにする。下部貫通孔２６
と２７との間の分離壁２９は、センサ筒の下端部の周り
における直接の圧力補償を防止する。

密閉されているセンサ筒３３の内部に取付けられている
電極支持部材４０は流体と接触しておらずしたがってそ
の圧力変動から分離されている。それ放電極支持部材４
ｏはうず一圧力変動により曲り原動を行うことがなく静
止したままである。したがって、第２図において二重矢
印Ｆにより示されているようにセンサ筒３３の自由端は
、電極支持部材の静止している自由端に対する相対的な
うず一圧力変動により運動する。この相対運動の場合に
電極４６．４７と、センサ筒３３の対向している壁との
間の間隙５０の幅は逆に変化する。すなわち、センサ筒
３３と電極４６との間の距離が減少すると、同時にセン
サ筒３３と電極４７との間の距離が増大しまたその逆も
成り立つ。したがって、双方の電極４６．４７とセンサ
筒３３とにより形成されているコンデンサの容量値もう
ず一圧力変動の周波数と共に逆に変化する。それ故回路
ケーシング１６に設けられている、うす流速測定装置の
電子評価回路はこの容量変化により、うず−圧力変動周
波数ひいては測定管１１内における流速の特性を表わす
電気信号を発生する。

これに対して本装置に、双方の振動部材すなわちセンサ
筒３３と電極支持部材４０にクランプ箇所を介して伝わ
る外力が作用する場合にばこれらの双方の振動部材はそ
れらの外力により曲り振動を行う。これらの外力は、測
定管ひいてはクランプ箇所にいずれかの軸方向での並進
振動運動を励起するか又は双方の振動部材をそれらのク
ランプ箇所を中心に回転させる振動により発生する。こ
のような外部からの障害によリセンサ筒３３と電極支持
部材４０との自白端は同方向にふれる。これらの画部分
を適切に構成してこれらの同方向のふれが生じた場合に
コンデンサ電極４６．４７とセンサ筒３３との間の間隙
５００幅が顕著に変化しないようにすることができる。

それ故これらの外部からの障害によりうずセンサの双方
の容量が変化することはない。これに対してこれらの外
部からの障害と同時にうず一圧力変動も加わっている場
合には、双方の振動部材の共通のふれと重畳しかつ双方
の容量を逆方向に同一の大きさで変化させる、センサ筒
３３の付加的ふれが生ずる。それ故前述のうずセンサは
いずれの方向での振動障害または同様の障害に対しても
不感であるがこのうずセンサにより、カルマンうずによ
り生ずる圧力変動をたとえそのような外部からの障害が
加わっている場合にも確実に検出することができる。

電子評価回路は有利には、それが、うずセンサの両方の
容量の差値に依存する信号を発生するように構成される
。双方の容量は逆方向に変化するので差信号は容量変化
の２倍の値に相応しまた同一の大きさの基本容量は差信
号から除去される。、これにより一万では容量変化を正
確かつ高感度で検出することができ他方では、うず流速
測定装置の機能を損なう他の障害によるノイズを除去す
ることができる。これは例えば流体の温度と静的圧力に
対して当嵌まる。うす流速測定装置は種々の温度および
圧力条件下で使用することができまた同一の使用条件に
おいても流体の温度と圧力とは広範囲で変化することが
できる。

温度変化は、種々の構成部分に対して使用されている材
料の熱伝導率によシうずセンサの構成部分のサイズに影
響を与える。これらの構成部分が同一の熱伝導率を有す
る場合にはそれらのサイズは同様に変化するので双方の
容量には変化が生じない。熱伝導率が異なる場合にはセ
ンサ筒と電極支持部材との長手方向の長、さが異なって
変化しても双方の容量は変化しない。これらの部分の直
径が異なって変化すると基本容量は変化するがしかしな
がらそれは信号評価に無関係である、何故ならば基本容
量は差信号形成の際に除去されるからである。容量差の
みが検出されるがこの容量差は、温度条件による変化に
影響されない。

流体の静的圧力の変化は、センサ筒を変化させその横断
面を変化させる。これにより間隙５０の幅ひいては双方
の基本容量の値も変化する。センサ筒は対称的に構成さ
れているためにこのような断面変化は双方の容量に対し
て同様に作用するので断面変化は差値形成の際に相殺さ
れしたがって差信号は静的圧力の変化と無関係である。

これに関して強調すべきことは、うずセンサの前述の実
施例においてはセンサ筒が円筒形であるので耐圧特性が
良好でありそれ故この実施例は、圧力が高いかまたは圧
力変動が大きい場合に適している。

信金評価の際の誤差の別の原因は、コンデンサ電極４６
および４７を評価回路と接続するシール−ケーブル５１
お、よび５２は振動障害または他の障害により電極支持
部材に対して相対的に運動するので評価回路が変化する
障害容量を検出してしまうことにある。このようなケー
ブルの相対運動は、例えばモールド材による固定により
防止することができる。しかしながら障害容量によるノ
イズは、ケーブルを能動シールドすることにより除去す
ることができる。能動シールドの原理は周知のように、
シールド電位を常に測定電極の電位に追従させることに
ある。

うずセンサの上部領域においてはこのような能動シール
ドは、静的容量と接触感度とを低減するだめに有効であ
る。

第４図は、前述のうず流速測定器の電子評価回路の入力
段として適している容量測定回路を示している。この容
量測定回路は、ドイツ連邦共罪国特許出願公開第３１４
３１１４号公報により公知の原理６切換えコンデンサ″
（スイッチドキャパシタ）に基ずいて形成されている。

この容量測定回路は、小形にもかかわらず容量変化を高
感度でかつ正確に測定することを可能にする。付加的に
第４図の容量測定回路は、それにより簡単に能動シール
ドが行えるように形成されている。

第４図はうずセンサ３０の双方の測定容量ＣＭよおよび
０Ｍ２を示しており測定容量ＣＭ０は、アースにつなが
っているセンサ筒３３と、シールドケーブル５１を介し
て評価回路と接続されているコンデンサ電極４６との間
に接続されている容量である。これに対応して容量ＣＭ
２は、アースにつながっているセンサ筒３３と、シール
ドケーブル５２を介して評価１回路と接続されているコ
ンデンサ電極４γとの間に接続されている。双方のケー
ブル５１と５２とのシールｒは破線で示されている。

容量測定回路は、それぞれ双方の測定容量の１つに割当
てられている２つの同一の分岐回路を有する。測定容量
ＣＭ□とケーブル５１を介して接続されている分岐回路
は、第４図に示されている位置でケーブル５１の内部導
線を、アース電位に対して一定の正の直流電圧＋Ｕ例え
ば回路の作動電圧が取出される端子ＫＬと接続されてい
るスイッチＳｌを備えている。別の位置ではスイッチＳ
１は測定容量ＣＭｌを、容量が測定容量ＣＭ　に比して
大幅に大きいエネルギ蓄積コンデンサＣ８、と接続する
。スイッチＳ１とエネルギ蓄積コンデンサＣｏ、との互
いに接続されている端子に演算増幅器Ａ工の反転入力側
も接続されておりまたこの演算増幅器Ａｌの非反転入力
側はアースにつながっており出力側と反転入力側との間
に接続されている帰還回路は抵抗Ｒ１を備えている。

測定容量ＣＭ２に割当てられている分岐回路はそれに相
応してスイッチＳ２とエネルギ蓄積コンデンサＣ８２と
、帰還抵抗Ｒ２を有する演算増幅器Ａ２とを有する。

双方の演算増幅器Ａ１およびＡ２の出力側は差動増幅器
Ａ３と接続されている。

双方のスイッチＳ１およびＳ２は、クロック発生器ＣＬ
Ｋの出力側から送出される制御信号Ａにより作動される
。クロック発生器ＣＬＫは別の出力側から、スイッチＳ
３を作動する制御信号を送出しまたスイッチＳ３は、双
方のケーブル５１および５２のシールドを一方の位置に
おいては電圧＋Ｕと接続し他方の位置においてはアース
に接続する。

次に第４図の容量測定回路を第５図の時間線図を用いて
説明する。測定容量ＣＭ工に割当てられた分岐回路に関
して述べたことは他方の分岐回路ＣＭ２にも同様に当嵌
まる。

第５図のＡにおける線図は、双方のスイッチＳ１と８２
とを作動する制御信号Ａの時間変化を示している。制御
信号Ａは周期的に交番して２つの状態０と１とをとる。

その際に各スイッチＳ工、Ｓ２は制御信号の値１の場合
に、第１図に示されている、各スイッチＳ１．Ｓ２がそ
れぞれに割当てられている測定容量ＣＭ工＋　　０Ｍ２
を端子ＫＬと接続する位置をとる一方、各スイッチＳ１
＋８２は制御信号Ａの値０の場合には、それぞれに割当
てられた測定容量をその端子ＫＬから遮断しその代わり
にそれぞれに割当てられたエネルギ蓄積コンデンサＣ８
、又はＣ８２と接続する。

第５図の線図Ｕ。Ｍは各測定容量ＣＭよ、０Ｍ２におけ
る電圧の時間変化ひいては、それぞれに割当てられたケ
ーブルの内部導体における電圧を示している。第１の分
岐回路のみを観察すると、制御信号Ａの値１に相応する
７エイズ■において測定容量ＣＭ工には電圧＋Ｕが印加
されている。

この電圧印加は、充電回路にとって不可避な時定数のた
めに、遅延を伴うがしかしフェイズ■の持続時間の長さ
は、測定容量ＣＭ工における電圧Ｕ。Ｍが確実に値＋Ｕ
に達するように決められている。

制御信号Ａの値０に相応するフェイズＨにおいて測定容
量岨、はそれに対応する時定数でエネルギ蓄積コンデン
サＣｏエヘ放電する。エネルギ蓄積コンデンサＣ６１の
容量は測定容量ＣＭ０に比して大幅に大きいのでこれら
の双方の容量における電圧は電荷の平衡後は電圧＋Ｕに
比して大幅に小さい。有利にはフェイズＩの持続時間の
長さに等しいフェイズ■の持続時間の長さは、電荷平衡
が確実に行われるように決められている。

次のフェイズ■において測定容量ＣＭ工に再び電圧十Ｕ
が印加される一方、エネルギ蓄積コンデンサＣ３、の充
電エネルギは電流−電圧変換器として作用する演算増幅
器Ａ１により漸次放電する。電荷平衡は、抵抗Ｒ工を流
れる電流により行われまたこの電荷平衡によりエネルギ
蓄積コンデンサの平均電圧はほぼ値零に保持される。

抵抗Ｒ１を流れる電流は、測定容量ＣＭ工から放電され
る電流の平均値に等しい。この電流を保持するために演
算増幅器Ａ１の出力電圧は、測定容量ＣＭ１に正確に比
例する値Ｕ。、をとる。

同様に、他方の分岐回路の演算増幅器Ａ２の出力電圧は
、測定容量ＣＭ２の値に正確に比例する値Ｕ。２をとる
。

差動増幅器Ａ３は双方の電圧Ｕ。、とＵ。２との差を形
成し出力側から、双方の測定容量ＣＭよと０Ｍ２との差
に正確に比例する電圧ＵＤを供給する。

特別の措置が講じられない場合には双方のシールドケー
ブル５１．５２のそれぞれの容量が測定容量に加算され
ケーブルの容量変化は測定に影響を与える。ケーブル容
量によるノイズを遮断するために第４図の容量測定装置
においては能動シールｒ法が実施されているすなわちケ
ーブルシールドの電位がケーブルの、シールドされた内
部導体における電位に追従するようにしである。従来技
術においてはこのような能動シールドは、シールｒされ
た。導体の電位を常時取出しインピーダンス変成器を介
してシールドに印加するようにして行われる。これに対
して第４図の容量測定回路においては能動シール−が簡
単かつ効果的に、制御信号Ｂにより作動されるスイッチ
Ｓ３を用いて、シールゾされた導体の電位を帰還させる
必要なしに行われる。

第５図の線図Ｂは、制御信号Ａと同一の繰返し周波数で
周期的に交番して値０と１とをとる制御信号Ｂの時間変
動を示している。第５図の線図ＵＫは双方のケーブル５
１および５２における電圧の時間変化を示している。制
御信号Ｂが値１をとると双方のケーブルシール「に電圧
＋Ｕが印加され電圧賄ば、時定数により決まる充電時間
ＴＫＯ経過後に電圧値＋ＵＫに達する。

制御信号Ｂが値０をとるとケーブルシールドはアース電
位につながり電圧Ｕ　は放電時間離のに 経過後に再び電圧値０に達する。

第５図の線図から次のことが解る。制御信号ＡとＢとが
同一位相の場合には電圧Ｕ。ＭとＵＫとはほぼ同一の時
間変化を呈する。これにより、・ンールｖＭｔ位は蛍ｆ
　シール−代れた電極の電位に追従するという、能動シ
ールドの条件が満足される。しかしながら第５図におい
て制御信号ＡとＢとを、故意に互いに位相をずらして示
して時間関係を正確に守ることは重要でないことを示し
ている。この位相ずれが生じた場合に各フェイズ■にお
いて始めに、測定容量ＣＭ１は既にエネルギ蓄積コンデ
ンサＣ３、に放電している一方、ケーブルシールドに引
続いて電圧＋Ｕが印加されているのでシールド容量が充
電されそれに相応する電荷が蓄積コンデンサＣ８、に流
れる時間部分が存在する。しかしながら引続いて同一の
フェイズＨにおいてシールドがアース電位につながる一
方、シールドされた導線が引続いて蓄積コンデンサＣ３
、と接続されている際に同一の電荷が再び蓄積コンデン
サＣ８、からシールド容量に戻る。それ故これらの電荷
の推移は平均すると互いに相殺するので蓄積コンデンサ
Ｃ８、には実質的に、抵抗Ｒ１を流れる電流ひいては演
算増幅器Ａ１の出力側における電圧Ｕ。、とを決める測
定容量Ｃヮ、の検出すべき電荷のみが残留する。

それ数制御信号Ａに対する、制御信号Ｂの時間的位置に
対する要求は容易に満足される。シールド電圧ＵＫが各
フェイズ■の始めの前に電圧値＋Ｕに、そして各フェイ
ズＩの始めの前に電圧値０に達しなければならないとい
う時間条件のみを遵守すれば良い。充放電時間ＴＫを考
慮するとこれは、制御信号Ｂが遅くとも時間ＴＫだけ各
フェイズの始めより前にそして遅くとも時間ＴＫだけ各
フェイズＩの始めより前に値０に達しなければならない
ことを意味する。これにより、第５図のＢにおける線図
に示されている時間条件が決まる。すなわち、制御信号
Ｂは交差斜、腺の範囲では任意の値をとることができ、
“１　”又は”０”でマーキングされた、持続時間ＴＫ
Ｏ範囲でのみそれぞれ示されている信号値をとらなけれ
ばならない。

第４図においてスイッチＳ１＋　　Ｓ２ｔ　　ｓ、、は
、はっきりと示すためにのみ機械的スイッチとして示さ
れている。実際にはこれらは例えばＭＯＳ　−電界効果
トランジスタ等の高速動作の電子スイッチである。この
ような電子スイッチは切換スイッチとしてではなく簡単
なオン−オフスイッチとして動作するので第４図の各切
換スイッチは、当該の制御信号により逆位相で制御され
る２つの電子スイッチにより置換することができる。双
方の電子スイッチが同時に開いていることを確実に防止
するために、順次に続く切換フェーズの間にそれぞれ、
共働して１つの切換スイッチを形成する双方の電子スイ
ッチが同時に遮断される短い時間間隔を挿入すると好適
である。

切換スイッチＳ３は、制御信号Ａを受取シその出力側か
らその入力信号Ａを受取りその出力側からその入力信号
の値に依存して電圧＋Ｕ又は電圧０を供給する閾値コン
パレータにより置換することができる。これによりこの
回路を更に簡易化することができる。

前述のうず流速測定装置において、双方の互いに相対的
に調整することができる、うずセンサの構成部分すなわ
ちセンサ筒３３および電極支持部材３４は、双方の構成
部分の間の相対的調整を容量変化に変換する、機械−電
気変換器として作用する容量センサを形成する。２つの
逆方向に変化する測定容量を２つのコンデンサ電極を用
いて形成することによる利点は、容量測定回路が、容量
変化のみを表わす、平均値の除去された差信号を形成す
ることにある。しかしながらこの措置は絶対に必要であ
るわけではない。すなわちうず−圧力変動の周波数の測
定は、電極支持部材に１つのコンデンサ電極のみが取付
けられておりしたがって１つの測定容量のみが存在する
場合でも行うことができる。この場合には、第４図の容
量測定回路の第２の分岐回路が省略され流速情報が、残
留分岐回路の出力電圧の変化の中に組込まれる。振動障
害と他の障害とによるノイズの前述の補償法はこの場合
にも実施され〜る。

障 振動ノ害および他の障害によるノイズの面でもうす流速
測定装置の感度の面でもセンナ筒３３をチタンで製造す
ると有利である。チタンの弾性係数は鋼の弾性係数に比
して大幅に小さい。それ故チタン製センサ筒における、
うず−圧力変動によるふれは同一寸法の鋼製センサ筒に
おけるより大幅に大きい。容量変化はふれに比例するの
でうずセンサの感度はそれに相応してより大きい。他方
、チタンにおける密度の弾性係数に対する比は鋼におけ
るのと同一のオーダの大きさであるのでチタン製振動部
材は鋼製振動部材と同様の振動特性を有する。それ故チ
タン襄センサ筒は振動障害やその他の障害によるノイズ
の補償の面で良好にｇ４製電極支持部材と組合わせるこ
とができる。更に、このようにしてチタンの有利な特性
例えば高耐腐食性および高耐久性をセンサ筒のために利
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるうす流速測定装置の一部を切欠
して示す一実施例の側面図である。 第２図は、第１図のうず流速測定装置におけるうずセン
サの縦断面図である。第５図は、第２図のうずセンサの
電極支持部材の端面図である。 第４図は、本発明によるうず流速測定装置と組て 合わせ２使用する各量測定回路装置の回路図である。第
５図は、第４図の容量測定装置の動作を説明する線図で
ある。 １０・・・うず流速測定装置、１１・・・測、定管、１
２・・・流体チャネル、１３・・・面取り面、１４・・
・孔、１５・・・ケーシング支持部材、１６・・・回路
ケーシング、２１・・・中空室、２２，２３，２４゜２
５．２６．２７・・・貫通孔、２８・・・端面壁、２９
・・・分離壁、３０・・・うずセンサ、３１・・・フラ
ンジ、３２・・・ねじ、３３・・・センサ筒、３５・・
・中間開口部、３６・・・ねじ孔、４０・・・電極支持
部材、４１・・・管、４２・・・フランジ、４３・・・
ねじ、４４・・・肩部、４５・・・絶縁筒、４６．４７
・・・コンデンサ電極、４８．４９・・・間隙、５０・
・・リング状間隙、５１．５２・・・シールドケーブル
。 ＦＩＧ・１　図面の浄書（内容に変更なし）手続補正書
（方式） 昭和６２年、３　月藤日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カルマンうずを発生するように形成されている、導
   管の流体チャネル溝の中に取付けられた堰部材と、カル
   マンうずにより発生される圧力変動を検出するうずセン
   サであつて、該うずセンサは、うず−圧力変動によりふ
   れる第１の振動部材と、流体に対して密閉されている、
   第１の振動部材の中空室の中に取付けられており、コン
   デンサ電極が第１の振動部材の部分電極と共に、うず−
   圧力変動により生ずる、第１の振動部材のふれにより変
   化する測定容量を形成するように該コンデンサ電極が第
   １の振動部材の該部分電極に対向して位置している少な
   くとも１つのコンデンサ電極とを備えている、電極支持
   部材を有する容量変換器とを有しており、該電極支持部
   はうず−圧力変動から分離されているうずセンサと、該
   コンデンサ電極と接続されており、該測定容量に依存し
   て、うず−圧力変動の周波数ひいては該導管内の流速の
   特性を表わす電気信号を発生する容量測定回路を備えて
   いる評価回路とを有する、該導管内の流体の流速を測定
   するうず流速測定装置において、該堰部材の中に、貫通
   孔を有して該導管の流体チャネルと連通されている中空
   室が形成されており、第１の振動部材が、該電極支持部
   材を取巻いており、該堰部材の該中空室の中に設けられ
   ているセンサ筒であることを特徴とするうず流速測定装
   置。 ２、センサ筒の一端が、該センサ筒がうず−圧力変動に
   より曲げ振動を行うようにした特許請求の範囲第１項記
   載のうず流速測定装置。 ３、センサ筒がチタンから成る特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のうず流速測定装置。 ４、各コンデンサ電極はシールドケーブルを介して容量
   測定回路と接続され、各測定容量のための容量測定回路
   は、該測定容量を所与の切換周波数で周期的に交番して
   充電のために一定電圧を接続したり、容量が測定容量に
   比して大きくまた端子電圧が、制御されている放電電流
   により一定の基準電位にほぼ保持されている蓄積コンデ
   ンサと放電のために接続したりする切換装置を備えてお
   りその際放電電流の大きさが測定容量に比例しておりか
   つ測定値を示し、ケーブルシールドを切換え周波数で周
   期的に交番して一定電圧と基準電圧とに接続する別の切
   換装置が備わつているようにした特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれか１項に記載のうず流速測定装置
   。