JPS63222219A

JPS63222219A - 渦流量計

Info

Publication number: JPS63222219A
Application number: JP63018495A
Authority: JP
Inventors: デビッド・マーシュ
Original assignee: UNIVERSAL BORUTETSUKUSU Inc
Current assignee: UNIVERSAL BORUTETSUKUSU Inc
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1988-09-16
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2779805B2; US4735094A; DE3743972A1

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】〔産業上の利用分野〕本発明は流量計、特に、流路内に渦発生体を有する型式
の渦流量計に関する。

〔従来の技術〕

この種の渦流量計は、今日よく知られており、流体の流
れの中に障害物を置くと多（の渦が発生し、下流側へ流
れるという原理に基づいている。その渦は、圧力や速度
のような識別可能なパラメータに応じて変動する。この
渦流量計の最も簡単なものは、流路と、この流路内に配
置された障害物と、この流路内のうち、渦によって直接
あるいは間接的に影響を受ける位置に配置されたセンサ
とからなるものである。渦の有効な形態を作り出すため
には、流体の流れを変化させたり、旋回させたすせずに
、障害物とセンサとの上流及び下流において直線的な流
れを作らねばならないことがよく知られている。一般的
に、その直線流はセンサや障害物の上流側において流路
の直径の数十倍の長さにわたり、センサの下流側におい
ては、流路の直径の数倍の長さにわたる。もちろん、流
路の径は直線流全体にわたって一定である。

この種の渦流量計としては、種々改良されたものが知ら
れているが、その改良点は、一般に「渦発生体」と呼ば
れている障害物の形状や、センサの位置と構造に関する
ものである。この技術分野において「円柱」と呼ばれる
渦発生体は、細長い形状を有し、長手方向に直交する方
向においてほぼ一定の断面を有するものである。

したがって、「円柱」とは特に断面が円の柱をさすので
はなく、むしろ、例えば、断面形状が「角形」の柱をさ
すものである。

一般にこの渦発生体は、上流面と呼ばれる部分を有して
いる。この上流面は、流体がこの面に直角方向から流れ
てくる時、その横方向の最外端縁で渦を発生するように
構成されている。

さらに、この渦発生体は、前記上流面の反対側に位置す
る下流面を有し、この下流面は、流体が上流面に当たる
ことによって発生した渦に対面している。したがって、
この下流面は、通常、センサ側に面している。センサと
しては、従来より知られている種々の圧電式デバイスを
使用することができる。

従来の渦流量計は、それなりに有用なものではあったが
、次のような欠点があった。つまり、従来の渦流量計は
構造が複雑で、破損しやすいものであった。さらに、コ
ストが高く、しかも、使用中に生ずる振動によって損傷
を受けやすい欠点があった。また、例えば、酸や腐食性
の流体、あるいは溶剤のような流体に対して抵抗性のな
い材料で作られていたので、この点にも問題があった。

さらに、従来の渦流量計の多くは、流路を形成する管部
分の間にサントイ・ノチ状に挟持される比較的平坦なデ
ィスク状のウェハ一式の装置である。そのディスクの径
は、通常、流路管の径よりも少し大径である。このよう
な構造上の制限により、従来の渦流量計は、少なくとも
数インチ、一般にはそれ以上の直径を有する流路管にし
か使用することができなかった。

加えて、従来の渦流量計は、他のタイプの単一方向式の
流量計と同様に、取り付けが適切に行われないという問
題があった。具体的には、経験不足の作業者によって取
り付けられた流量計のうち、約１０％程度のものが、流
路に対して反対方向に取り付けられてしまう。このよう
なミスは、実際に流体を流しても流量計が作動しないこ
とによって始めて発見される。その結果、流量計が破損
したり、ミスを発見してそれを直すのに時間が浪費され
て、結局、コストが高くつく欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来の渦流量計の有する上述の欠点、あるい
はそれ以外の欠点を解消しようとするもので、どちらの
方向に取り付けても常に正しく作動する二方向性の渦流
量計の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明による渦流量計は、第
１開口部と第２開口部とを備えた流路を有し、この流路
内に渦応答センサを配置してなる渦流量計であって、前
記第１開口部側に面し、かつ流れに応じて第１流れ方向
に流れる渦を発生する上流部分を有する第１渦発生体を
、前記第１開口部とセンサとの間の流路内に配置し、こ
の第１渦発生体とセンサとの距離を、このセンサによっ
て第１流れ方向に流れる渦を感知できる範囲内に設定す
るとともに、前記第２開口部側に面し、かつ流れに応じ
て第２流れ方向に流れる渦を発生する上流部分を有する
第２渦発生体を、前記第２開口部とセンサとの間の流路
内に配置し、この第２渦発生体とセンサとの距離を、こ
のセンサによって第２流れ方向に流れる渦を感知できる
範囲内に設定してあることを特徴とする。

〔作用および効果〕

このように、２つの渦発生体を存し、どちらの方向から
流体が流れてきてもセンサが常に正しく応答するので、
この渦流量計をいかなる方向に取り付けようとも、常に
適切に作動する。

したがって、従来のように破損した流量計を取り替えた
り、取り付は直す必要がなく、全体として大幅にコスト
が減少するのである。

その他の具体的な構造や利点は実施例の記載から明らか
となるが、例えば、前記センサとして圧電式のものを使
用し、かつ、片持ち部材に取り付けて用いることができ
る。特に有用なのは、前記ハンジングを、流路や開口部
を形成するハウジング本体と、このハウジング本体の上
部に固着された管状のハウジングチューブとから構成す
ることである。前記ハウジング本体には、流路内に配置
すべき渦発生体やセンサをねじ付けすることができ、ハ
ウジングチューブ内には、センサを流量表示装置や警報
装置のような外部制御手段に連結するための電気回路を
収容することができる。さらに、ハウジンクチューブ内
に部分的にスライド可能なアダプタを収容することがで
き、このアダプタは、標準型のＮＰＴ電気接続を介して
前記電気回路と外部制御手段との連結を可能にする。こ
のアダプタは、ハウジングチューブに螺合可能なナツト
によってハウジングチューブに固定される。前記電気回
路は、好ましくは、ハウジングチューブ内のアルミニウ
ム製の無線周波シールド内に収容される。前記ハウジン
グ部は、例えばカイナ（Ｋｙｎａｒ）などの材料で形成
してもよいが、好ましくは、ＰｖＣプラスチックで形成
される。振動による損傷から保護するため、前記電気回
路は、エポキシ樹脂のような絶縁材内に置かれ、同様に
、センサも片持ち部材内において絶縁材内に置かれる。

前記ハウジングチューブ内にも、同様な絶縁材が充填さ
れる。また、前記渦発生体とセンサ取り付は用の片持ち
部材とは、それぞれ円柱状に形成するのが望ましい。

このような本発明による渦流量計は、従来のものと比較
して、いくつかの利点を有する。まず、ＰＶＣプラスチ
ックやカイナなどの耐腐食性の材料から構成されている
ので、酸や溶剤のような腐食性の流体が使用される環境
において特に有用である。また、両渦発生体とセンサ用
の片持ち部材とが円柱状であるため、他の形状に比べて
機械加工や製作が簡単でコストが安くなり、円柱の径が
小さい程、顕著である。さらに、円柱形状によって得ら
れる均一性と強度によって、従来よりもはるかに小さな
渦発生体と小径の流路を作ることが可能となる。それに
よって、従来の渦流量計によって測定可能な流量よりも
はるかに少ない流量の測定が可能になるとともに、小径
の流路を使用することが可能となり、例えば、直径１イ
ンチから０．２５インチの流路を使用することができる
。その結果、従来の流量計に比べて約１７３程度のコス
トで済む。

〔実施例〕

第１図と第２図を参照して、本発明による渦流量計は、
まず、互いに反対方向に位置する第１開口部（１２）と
、第２開口部（１４）、ならびに両開口部（１２）　、
　（１４）間に位置し、かつ流路（１６）を形成する延
長部とからなるハウジング（１０）を有している。各開
口部（１２）　、　（１４）のそれぞれは、流路（１６
）の流体入口として作用し、その場合、他方の各開口部
（１２）　、　（１４）は、流路（１６）の流体出口と
して作用する。

第２図を参照して、本発明の流量計は、さらに、流路（
１６）内に位置する第１渦発生体（１８）を有し、この
渦発生体（１８）は、ねじ部（２０）を介してハウジン
グ（１０）に連結されている。この第１渦発生体（１８
）の上部には溝付きの頭部（２２）が連設されていて、
この渦発生体（１８）をドライバなどを用いてハウジン
グ（ｌＯ）に人為的に取り付は得るように構成されてい
る。この頭部（２２）は、また、渦発生体（１８）の下
端を流路（１６）の壁に圧接させることにより、渦発生
体（１８）が何らかの原因で曲がることを防止する作用
を有する。

本発明の流量針は、さらに、前記第１渦発生体（１８〉
から離れた位置で、前記流路（１６）内に位置する第２
の渦発生体（２４）を有する。この第２渦発生体（２４
）もねじ部（２６）を介してハウジング（１０）に取り
付けられ、第１渦発生体（１８）の頭部（２２）と同じ
作用を有する溝付きの頭部（２８）が設けられている。

両渦発生体（１Ｂ）　、　（２４）の間、好ましくは、
両渦発生体（１Ｂ）　、　（２４）の中央部の流路（１
６）内には、渦に応答するセンサ（３０）が配置されて
いる。このセンサ（３０）は、ねじ部（３４）によって
ハウジング（１０）に取り付けられる外側の本体（３２
）を有しているのが好ましい。このセンサ（３０）も、
また、溝付き頭部（３６）を有しているが、この頭部（
３６）は、ねじなし部（３５）を介してねじ部（３４）
から離れて位置されている。このセンサ（３０）は、第
２図中において点線で示された圧電式のセンサデバイス
（３８）を有し、これは外側本体（３２）内に埋入され
て保持されている。

前記センサ（３０）の頭部（３６）の中央を同軸状に貫
通するケーブル（４０）が、圧電式センサデバイス（３
８）と、このセンサデバイス（３８）を連結する連結具
（４２）とを直列に接続している。

この連結具（４２）は、少なくともその一部が、カップ
状のアルミニウムのハウジング（４６）内に収容されて
いる。このハウジング（４６）は、円筒状のスペーサ（
４８）に形成された円環状の段部によって保持され、か
つ、このスペーサ（４８）は、ハウジング（４６）上部
の円筒状のくぼみ（５０）内に保持されている。スペー
サ（４８）は、好ましくは、ハウジング（ｌＯ）に固着
されている。このスペーサ（４８）の上端にはテーパ状
の溝（５４）が設けられ、その中にスナップリング（５
６）が保持されている。

このスナップリング（５６）の張力は下方に作用して、
アルミニウムハウジング（４６）をスペーサ（４８）側
へ押し付ける。このスペーサ（４８）内には、また、円
筒状の流路コネクタあるいはアダプタ（５８）が位置さ
れ、かつ、このアダプタ（５８）は、内部に０リング（
６２）を収容する円周溝（６０）と、この円周溝（６０
）に近接して位置するフランジ（６４）とを存している
。前記０リング（６２）は、スペーサ（４８）の内面に
当接してシール作用をし、他方、フランジ（６４）は、
スペーサ（４８）内へのアダプタ（５８）の挿入距離を
制限する。アダプタ（５８）は、スペーサ（４８）と反
対の側にねじ部（５９）を有し、これは例えばＮＰＴｉ
管用の孔を形成する。このアダプタ（５８）は、アダプ
タ（５８）とスペーサ（４８）とにわたって位置された
手動のナツト（６６）により、スペーサ（４８）内に位
置され、フランジ（６４）がスペーサ（４８）とナツト
（６６）の間にはさみ込まれる。このナツト（６６）は
、その内面にねじ部（６８）を有し、スペーサ（４８）
外面のねじ部（７０）に螺合するように構成されている
。最も都合のよいのは、前記Ｏリング（６２）が弾性力
のある合成材料から形成され、他方、ハウジング（１０
）、渦発生体（１Ｂ）　、　（２４）、センサ本体（３
２）、スペーサ（４８）、アダプタ（５８）、ならびに
ナツト（６６）の全てが、不活性で比較的簡単に機械加
工できる材料、最も好ましくは、ＰＶＣプラスチックか
ら形成されることである。

次に、電気連結具（４２）について詳しく説明する。連
結具（４２）を構成するアルミニウムハウジング（４６
）は、アルミニウムのカップ（７２）と、このカップ（
７２）の上部に位置されたアルミニウムの蓋（７４）と
を有し、このハウジング（７２）内に収容される電気回
路用の無線周波のシールドとして作用する。前記スナッ
プリング（５６）は、前述のようにカップ（７２）の上
端縁に当接する。前記ケーブル（４０）はカップ（７２
）の底を貫通し、従来のコネクタ（７６）を介して、ハ
ウジング（４６）内に収容されたセンサ用の回路ボード
（７８）に連結される。この回路ボード（７８）は、好
ましくは、圧電式デバイス（３８）からの信号を線形化
する電気回路を備え、現有する流量制御手段にとって有
用なアナログ信号を提供するように構成されている。こ
のことは、本発明による流量計が現有する流体の流れ回
路内に設置された場合に最も都合がよい。前記回路ボー
ド（７８）に備えられた電気回路は、測定流体の予想さ
れるレイノルズ数に対する電気回路調整のための電位差
計（８０）を有している。渦流量計において、圧電式セ
ンサによって感知される振動周波数は、良く知られてい
るように、流体の粘性増加に伴って増加し、そして、そ
の変化を表示するメータ調整用の電気回路をハウジング
（１０）内に設けるのが便利である。前記連結具（４２
）は、回路ボード（７８）に取り付けられた従来のター
ミナルブロック（８２）を有し、このブロック（８２）
は、外部の制御手段に接続可能な一対のターミナルクリ
ップ（８４）を有している。この回路ボード（７８）と
その関連部材、ならびに蓋（７４）は、ポル）　（８６
）によってハウジング（４６）のカップ（７２）に連結
されている。

前記ハウジング（１０）の上部は、好ましくは充填材、
さらに好ましくは電気絶縁材料で満たされている。この
充填材は、部分的に、ハウジング（１Ｇ）に連結のスペ
ーサ（４８）の内部とアルミニウムハウジング（４６）
の内部をも満たしている。

センサデバイス（３８）は、センサ本体（３２）内に分
離して収容されている。前記充填材は、流路（１６）内
に通常収納されている流体から電気回路を絶縁状態に維
持し、漏れがあると、同時に連結具（４２）を保護し、
流量測定中において流量計に通常作用する振動から電気
回路を保護する。

この流量計は、もちろん、ハウジンク（１０）の両開口
部（１２）　、　（１４）に形成のねじ部（８７）　、
　（８９）を介して流体の流れ回路に連結される。

次に、第２図と′＄３図にもとづいて、本発明による渦
流量計の作用について説明する。まず、第１渦発生体（
１８）と第２渦発生体（２４）のそれぞれは、センサ（
３０）の本体（３２）と同様に、好ましくは、外形が円
形の円柱状に構成されている。

流体が第１開口部（１２）から流路（１６）に流入して
第２開口部（１４）から流出すると、第１渦発生体（１
８）の半円状の上流面（８８）は、流路（１６）の流れ
方向に対面し、他方、下流面（９０）はセンサ（３０）
側に対面する。流体が渦発生体（１８）を通過する際、
渦発生体（１８）の横方向の最外端縁に沿って、第１方
向に流れる一連の渦（９２）が発生する。センサ（３０
）は、渦（９２）の存在域に位置させるべ（、渦発生体
（１８）から距離（Ｓ）だけ離れた箇所に配置されてい
る。

逆に、流量計が反対向きに配置されると、第２開口部（
１４）から流路（１６）に流入した流れは、第２渦発生
体（２４）の半円状の上流面（９４）に当たる。その際
、前記上流面（９４）と反対側の下流面（９６）は、セ
ンサ（３０）側に対面する。流体が第２開口部（１４）
から第１開口部（１２）の方へと流れると、第２渦発生
体（２４）の横方向最外端縁に沿って、第２方向に流れ
る一連の渦（９日）が発生する。

センサ（３０）は、また、第２方向の渦（９８）の存在
域に位置されるべく、第２渦発生体（２４）から距離（
Ｓ）だけ離れた箇所に配置されている。

したがって、どちらの開口部（１２）あるいは（１４）
を入口側とすべきか、また、どちらの開口部（１４）あ
るいは（１２）を出口側にすべきかについて注意しなく
とも、センサ（３０）は、常に、波路（１６）内の一方
の渦発生体によって生じる渦存在域に位置される。これ
により、流量計の取り付は方向の間違いによって生ずる
時間のロスや費用的なロス、あるいは装置に与えるダメ
ージの全てが、確実に回避される。

本発明の渦流量計を実施するにあたっては、最も効果的
な寸法が存在する。つまり、Ｄを流路（１６）の内径、
Ｈを渦発生体（１８）　、　（２４）の有効径、Ｈ゛を
センサ本体（３２）の有効径、Ｇをセンサ（３０）の自
由端（９９）とそれに対向する流路（１６）内面との間
の距離、Ｓを各渦発生体（１Ｂ）　、　（２４）とセン
サ（３０）との間の距離とすると、Ｈ／Ｄが０．１２〜
０．４６、Ｓ／Ｄが０．６〜１．５、Ｈ’／Ｈが０．０
〜１．７、Ｇ／Ｄが０．０〜１．０の比率になるように
設定するのが好ましい。

本発明による渦流量計は、従来のものに比較して種々の
利点がある。つまり、他の渦流量計に比べて製作費が約
１７３程度高くつくだけで、取り付は方向の間違いによ
って生ずる組み付は時の費用的ロスの発生を確実に回避
できる。円柱状の渦発生体と円柱状のセンサ本体を使用
することにより、流量計の寸法を従来のものより小さく
でき、かつ、実質的に少ない流体流れの確実な流量測定
を可能とする。例えば、流路径りは０．２５〜１．００
インチの範囲内が好ましい、これによって、レイノルズ
数が６００程度の流体についても正確な流量測定ができ
、１２対１の減衰比にわたっての測定が可能となる。し
たがって、例えば、Ｄを１インチとすると、最大測定流
量が１分間当たり約５０ガロン、最小が１分間当たり約
４．２ガロンとなる。Ｄが０．２５インチの場合、最大
測定流量が基本的に１分間当たり５ガロン、他方、最小
が１分間当たり約０．４ガロンとなる。

このような流れは、最大流量のプラス、マイナス約１％
の精度で、また、最大流量の約０．２５％の再現性で測
定することができる。このような測定可能な流量は、他
の渦流量計で測定可能な最低流量よりもさらに少ない。

特に、両渦発生体が構造的に対称形で、センサ（３０）
に対して対称的に配置するのが効果的である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による渦流量計を示し、第１図は斜視図、
第２図は横断面図、第３図は第２図中の３−３線からの
上面図である。（１２）　、　（１４）・・・・・・開口部、（１６）
・・・・・・流路、（１８）　。（２４）・・・・・・渦発生体、（３０）・・・・・・
センサ。

Claims

【特許請求の範囲】１、第１開口部と第２開口部とを備えた流路を有し、こ
の流路内に渦応答センサを配置してなる渦流量計であっ
て、前記第１開口部側に面し、かつ流れに応じて第１流
れ方向に流れる渦を発生する上流部分を有する第１渦発
生体を、前記第１開口部とセンサとの間の流路内に配置
し、この第１渦発生体とセンサとの距離を、このセンサ
によって第１流れ方向に流れる渦を感知できる範囲内に
設定するとともに、前記第２開口部側に面し、かつ流れ
に応じて第２流れ方向に流れる渦を発生する上流部分を
有する第２渦発生体を、前記第２開口部とセンサとの間
の流路内に配置し、この第２渦発生体とセンサとの距離
を、このセンサによって第２流れ方向に流れる渦を感知
できる範囲内に設定してある渦流量計。２、前記センサが、第１と第２の渦発生体の中間に配置
された片持ち部材と、この部材によって保持された圧電
式センサとからなる請求項１記載の渦流量計。３、前記圧電式センサが片持ち部材内に配設されている
請求項２記載の渦流量計。４、前記第１と第２の渦発生体それぞれが円柱形で、か
つ、片持ち部材も円柱形であり、これら両渦発生体と片
持ち部材とが、互いに平行に配置されている請求項２記
載の渦流量計。５、前記第１と第２の渦発生体の直径が、約０．０３〜
０．５インチである請求項４記載の渦流量計。６、前記片持ち部材の直径が、約０．８５インチたらず
である請求項４記載の渦流量計。７、前記流路を形成するハウジングを有し、このハウジ
ングに前記両渦発生体とセンサとがねじ部を介して取り
付けられている請求項１記載の渦流量計。８、前記流路を形成するハウジングと、流量制御手段を
含む流体流れ回路に連結するために前記ハウジングに設
けられた連結手段と、前記流量制御手段にセンサを作動
可能に連結するために前記ハウジング内に収容された回
路手段とを有する請求項１記載の渦流量計。９、前記回路を囲む無線周波シールドと、このシールド
に近接して前記ハウジング内に形成された段部と、この
段部に前記シールドを当接させて、シールドとハウジン
グ内の回路とを保持するためのスナップリングとを有す
る請求項８記載の渦流量計。１０、流量測定用の流路と、この流路内に配置された渦
発生体と、この渦発生体より下流側の流路内に配置され
た渦応答センサとを有する渦流量計であって、前記渦発
生体がひとつだけで、円柱形状を有し、かつ流体の流れ
に対して直交するように前記流路内に位置されている渦
流量計。１１、前記渦発生体の直径が、約０．０３〜０．５イン
チである請求項１０記載の渦流量計。１２、流体の流路を形成するハウジングと、このハウジ
ングに取付られて前記流路内に配置された一対の渦発生
体と、前記ハウジングに取り付けられて両渦発生体の間
の前記流路内に配置された渦応答センサとを有する渦流
量計。