JPS584763B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体流量の変換器、特にうず流れ型の変換器で
典型的にパイプその他の水路を通る流体（液体またはガ
スの何れでもよい）の速度を測定するのに使用されるも
のに係る。

非流線形障害物により流体の流れがうずを発生すること
は多年にわたり周知である。

同様に適当な配置によればうすが障害物の反対端から正
しい間隔をもって交互に離れながら発生して対応するう
ずの列をつくることもまた周知である。

か５るうずは所謂フオンカルマン“うず通り”をつくり
、これは流れとともに旅する等間隔のうずの殆んど平行
な２つの列より成る安定したうず形成である。

７ｔンカルマンうず通りにおいては、１つの列のうすは
他の列のうずに関して連続するうす間の距離の略々２分
の１だけ流れの方向に変位している。

各列の連続するうすの間隔は広い流速範囲にわたって極
めて一定に近いので、うず形成の周期は流体の速度に比
例する。

かくして、流れるうすの周期を検出することによって流
体流速を測定することが可能となる。

うず流れ型の力いる量流変換器に対して種々な提案がな
され、或るものは商用されている。

共通に、か〜る装置は流体の流れの方向に直角をなして
流体中へ置かれたロツドの如きうず流れ障害物を有する
。

この障害物は多くの提案においては真円シリンダで、典
型的には米国特許第３５６４９１５号（第４図）に示す
如き比較的細長い要素である。

他の型、例えば、米国特許第３１１６６３９号（バード
、Ｂｉｒｄ）は第１０図に１面を上流へ向けて設置した
三角形断面の障害物を示す。

同様に米国特許第３５７２１１７号（ロードリイ、Ｒｏ
ｄｅｌｙ）はまた同様な三角形断面の装置を、加えて１
９６５年にエス・エフ・ホーナー（Ｓ．Ｆ．Ｈｏｅｒｎ
ｅｒ）による出版物“流体動力学的抗力”（“Ｆｌｕｉ
ｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｒａｇ”）（特に３−７頁及び
３−１７頁を見よ）に開示された如き周知の形状に匹敵
する種々な他の形を示す。

うず発生の周期に応動する流れ信号を展開するように流
れうずを検出するため多数の異なる技術が提供された。

所謂“熱線”型（即ちサーミスタ、熱膜等）の熱検出器
が屡々うず流量変換器に使用された。

か＼る検出器要素の電気抵抗はうすの通過により生ずる
冷却率における変化とともにまたは流線の速度における
変化により変動し、この抵抗変動は上記要素を貫流する
電流における対応する変化を測定することによって検出
される。

めいる熱検出器は工業的応用に対して十分には適しなか
った。

検出要素は典型的にはデリケートで摩耗または衝撃によ
る損害を受け易く同時に流体の漏洩から短絡し易い。

検出要素は流れている流体の温度以上に加熱されなけれ
ばならないためと、電流は検出器装置の中へ導入されな
ければならないために潜在する危険がある。

出力信号は一般に小さく高度に複雑な電子回路なくして
は検出困難である。

加えて、出力信号は零でない電流のレベル変化として現
われるので、固定信号レベルから変動分を分離するとい
う問題が本来的に存在する。

出力信号変動は通常固定信号レベルに対し小さいので、
特にうずによるよりむしろ何等かの原因による冷却効果
にもとづくノイズの影響を受け易く同時に周囲条件の変
化から生ずる外部の変化の影響を受け易い。

なお更に、出力信号変動はうず周波数の増大とともに減
少し、かくして高い流量においてはノイズ信号の中に失
われる傾向がある。

検出要素上の保護被覆は一般にこの影響を極少化するた
めに極めて薄くされ、その結果流れる流体による摩耗に
対する抵抗は低い。

熱検出器の欠陥を克服するために他の型の検出器が提案
された。

商業的に使用されているあろうず検出装置においては、
俊の様な要素がうず発生障害物を通って通路に横方向に
取付けられ、通過するうすの圧力脈動によって前後方向
に振動する，俊運動は近接したピックアップコイルによ
り検出されてうず発生の周波数をあらわす信号を発生す
る。

上述した米国特許第３５６４９１５号は球要素を使用し
たこの振動型検出器を示す。

この特許はまたロツド状障害物を通ってのびた横方向孔
の中央に取付けたダイヤフラム型装置を示しているがこ
れは本発明の検出器設計に対して関係のないこと明らか
である。

この問題解決への更に進んだものとして、上記バード特
許第３１１６６３９号はうず発生障害物の下流に配設し
た比較的薄肉のベーン様検出要素を示すが、これは流体
流れの方向に一致して置かれうずの離れた列がそれのそ
れぞれ反対側に沿って通過するように中央に配設される
。

このベーン様要素は流過するうずの圧力変動に応動して
流体流れの方向に直交する軸の周りに捩り運動を行って
回動的に振動するといわれる。

この特許においては、流動流の方向のベーンの長さはう
すの１つの列のうず間隔に等しくあるべきことが提案さ
れている。

上述のバード特許第３１１６６３９号においてはベーン
の支持軸の振動的ねじり運動を慣用の電磁手段をもって
検出する如く、ベーンの回動運動を検出するため種々な
電気的変換器が示唆されている。

この特許はまたそれが開示しているベーンが交流電圧を
発生する作用面に沿ってうずの通過によって周期的に歪
みを受ける圧電材料によりつくられるべきであるという
概念を提供している。

圧電手段はまた米国特許第２８０９５２０号及び第３２
１８８５２号において流体変動検出器として用いられる
ことを提案している。

これらの先行開示は然しなから何れも具体的流量変換器
を示していないし、商業的に提供されている装置の開発
者はうす型流量変換器に圧電装置の適用を試みては居ら
ず、その代りに上に述べた熱検出器の如き他の装置へ頼
ろうとした。

今日迄提案されたうす型流量変換器は重大な欠陥になや
まされた。

例えば、ある型では一般に複雑で製造は全く高くつき、
かくして価格が重大な因子となるような多くの応用には
採用されなかった。

同様に、使用できろうず型波量変換器は典型的に作動に
おいて十分な信頼性を有せず、特に或例では不適当な流
体、例えばごみを含んだ流体、腐蝕性液体またはガスま
たは流れの中にある物体の表面を被覆する傾向のある材
料の如き潜在的有害材料といった流体の流速の測定に対
しては満足な作動が出来なかった。

多くのうす型流量変換器は流速の広範囲にわたって十分
に直線的な作動はできなかった。

以下に詳細に述べる本発明に係る実施例においては、う
ず流れ型流量変換器は独特な板様うず発生障害物を具備
する。

この板は平担な前面を持つように形成され、その両側縁
ははっきりとうすが発生することを助けるため比較的鋭
くなっている，板の側縁部は（下流方向へ）夫々内方向
へ傾き少し下流へのびて、好ましくは、板の前面に平行
な，即ち流体流れの方向に垂直な後方平面の所で一定の
形状に終る側面に続く。

この全体形状は望み通りに強い安定したうず流れを提供
することが判った。

ずっと下流、即ちうず発生板の垂直後表面を超えると、
流体流れの方向と一致した平担な平行側表面を持った棒
様の検出器支持部材がある。

この部材の平担両側面間の横方向間隔は本質的にうず発
生板より小さい。

この棒の真直な側表面はちょっと棚のように見えるが、
これは対応する隣接する板表面と共動して空洞様領域を
形成し、重大な干渉を生ずることなく、うず発生板の端
縁から離れるうずの全ひろがりを受け入れることができ
る。

うず発生板の下流に位置したこの棒様部材には、両側壁
をフレキシブルなダイアフラムによってプロセス流体か
ら密封されたうず検出カプセルを含んだ内室が、棚様側
表面の領域内に形成される。

この密封カプセルは二層型セラミック円板を含み、撓み
圧電作用によって、うず流れの結果円板の側表面に与え
られる圧力の変動に応動して電気信号を発生するよにさ
れる。

カプセルの内部は圧力を変形可能な密封ダイアフラムか
らセラミック円板の側表面へ伝達する油の如き流体を以
って満たされる。

うずけ２つの反対側の密封ダイアフラムに沿って交互に
流れるので、うず圧力変動は油充填物を介してセラミッ
クへ伝達され、これは流体流の速度を指示する対応電気
出力信号を発する。

この変換器は流速に対応する強力な信号を発生し、好ま
しい高いＳ／Ｎ比を有する。

信号の強度はうず周波数の増加とともに増加するが、こ
れは特に熱検出器と比較した場合重要な利点である。

以下に述べる密封型は損傷に強く、不適当なまたはごみ
のある流体でも作用できる。

密封ダイヤフラムはプロセス流体中に浮遊する粒子によ
り損傷を受ける機会を最少とするように配置される。

変換器出力信号は比較的清潔であり、非常に複雑なＰ波
器といった様な広い複雑な電子回路を使用することなく
処理できる。

従って、本発明の主要な目的はうず流れ型の流量変換器
を提供するにある。

本発明に係るもつと詳細な目的、特徴及び利点について
は付図を参照した以下実施例についての記載に示され、
又それから極めて明らかであろう。

第１図は本発明に係る流量計測装置を使用した流量計の
一部切欠いた側面図であって、慣用の端末フランジによ
り流速を決定すべき流体を流している管系（図示せず）
に連結すべき管部分１０を有する。

流体流路中上記管部分１０の中央部に１２で示した、う
ず発生及び検出ユニット複合体としての長い、直立体が
取付けられる。

この流量計測本体１２はその長軸が流体流の方向（本例
では左から右へ流れる）に直交する如く垂直に配設され
る。

然しなから、垂直配置は必ずしも必要とされず、或る例
においては水平または非垂直配置が好ましい場合のある
ことも理解すべきである。

第２図は一体の流れ棒部材の正面図であって、これは流
量測定管部分内に取付けられユニットとして容易にそれ
に着脱可能である。

流量計測本体１２は効果的に長い流量計棒部材１４の一
部を構成し、管部分１０の頂部に設けた開口を垂直に下
方へ貫通する。

か５る配置においては、流量計測本体１２は管部分中の
作用位置から、保守目的、清掃といった場合容易に取外
し得る。

流量計棒部材１４は管部分と一体鋳造あ立上りボス１８
へ慣用の方法により固定された横断部品１６を含む固定
装置によって取付けられる。

つぶしガスケット２０が部材１４と管部分壁の間を密封
する。

第３図は第２図の線３−３に沿った水平断面を示し、う
ず発生板及びそれと協力する検出器棒の外観形状を示し
、第４図はうず発生板の前方正面図で隣接管部分の彎曲
した輪郭に一致するように彎曲された頂部及び底部端を
示す。

流量計測本体１２は流入流体へと上流へ面する平担な前
方表面２４をもったうず発生板２２を有する。

板２２の側面には比較的鋭い端縁２６を形成するのが好
ましく、これは流れの方向に関してゆるい角度、例えば
約５゜乃至４５゜、効果的なのは図示の如く３０゜のテ
ーパ角をもって内方ヘテーパして下流へのびる平担な側
表面２８が続く。

うず発生板２２は比較的薄肉が好ましい。

かくして側表面２８は単に比較的短い距離Ｄだけ下流へ
とのびるが、これは板２２の巾Ｗより十分に小さく、こ
の巾の約１／１０乃至１／２にあるのが好ましい。

図示した実施例においては、側表館は平担な後方表面３
０で終るが、これは前面２４に平行で、即ち流体流の方
向に対し直交する。

うず発生板２２の形状はその上流縁２６から強力な安定
したうずを展開できることが判った。

これらの側縁は前面２４と内方ヘテーパした側表面２８
の間に鋭い角度を規定するのが理想的である，然しなか
ら、製作の容易と良好な品質管理のため、これらの縁は
図示の如く、望ましい活発なうすの展開にかなりな障害
を与えることなく、極く短距離だけ下流へと平担にする
ことができる。

本発明の重要な様相の１つとして、板２２の端縁２６に
より発生した強力なうずは板の直ぐ後の乱流の通りの中
で直接に２列のうすの間に配置された手段によって検出
される。

このために、うず発生板２２の直後に（即ち下流の）一
般に長四角形の棒状の検出器支持部材４０が配置される
。

これは流れの方向に沿った平行側表面を有する。

即ちこの表面は板２２の後表面３０に垂直である。

第５図は第２図の５−５線に沿った水平断面図で密封検
出器要素を具えた油充填カプセルの詳細を示す。

この棒は側端縁２６から離れたうすへの特異な圧力変換
器装置をあらわし４４、特にうず圧力変動の検出に適す
るが、その詳細は以下に述べる。

検出器担持部材４０の厚さＴは（第３図）本実施例にお
いては後方表面２８の外端間の横寸度“Ｗ”より本質的
に小さい、即ちその寸度の約１／２である。

表面２８，３０及び４２の配置は効果的に棒の両反対側
に凹み棒ポケット即ち空洞領域４６をつくり出し、これ
はうずが検出器担持部材４０に沿って流れ下るとき重大
な値の低下を生ずることなくうずの活発な発達と自由な
邪魔されない通過に便宜を与える。

これらの空洞領域はさらに圧力検出器４４に対し適宜ノ
イズのない領域を提供する。

選択された実施例においては、検出器担持部材４０は流
量計棒部材１４の一体部分として製作作業中一体に構成
される。

うず発生板２２は、たとえ別につくられても、実効的に
流量計棒部材１４と一体となるようにねじによりまたは
溶接により（図示せず）流量計棒部材１４に固着される
。

然しなから、この隣接する物理的関係は作用の点から云
えば流量計の性能に必須ではないという事に注意すべき
である。

特に、検出器担持部材４０は板２２の後方表面から小距
離だけ下流へ離してもよく、この２つの部品を管部分１
０の中で別々に支持してもよい。

検出器担持部材４０（第３図及び第５図）の下流端は平
担で垂直な後方表面へ緩い角度でテーパーした側表面を
もった尾部片４８をもって形成される。

この棒のこの部分のテーパーした形状は、うず流れ周波
数の変化と対応する流体流速の変化との間の良好な直線
性を与えるのに効果的であることが発見された。

好ましいテーパーの角度は流体流れの方向に対して約３
０゜である。

尾部の長さＴＬ及び巾ＴＷは共に棒の全長Ｌよりもかな
り小さくあるべきで、１／２より小さいのが望ましく更
に１／４より小さいのが好ましい。

第６図は管軸を含む平面に沿って検出器棒の中央部分を
通る垂直断面図であって、検出器棒に関してうず検出カ
プセルの配置を示す。

第７図は第６図の７−７線に沿った詳細断面図である。

図において特殊な密封変換器４４が円形断面を有し検出
器担持部材４０を貫通する内部室５０内に設けられる。

変換器カプセルは棒の両反対側面上に１対の薄肉の（０
．０７６ｍｍ）柔軟な円形金属ダイアフラム５２を有し
、内部変換器要素５６（以下に詳細に記載する）をプロ
セス流体から密封するようになっている。

これらの夕イアフラムは室５０の内部へうず圧カエネル
ギを伝達して変換器要素を駆動する。

この柔軟な、面積型ダイアフラム装置はうず圧力変動に
曝される比較的広い検出面積を提供してうず圧カエネル
ギの適当に大きい部分を変換器要素へ利用可能とすると
ともに、全面積にわたる平均化に基づく打消しによって
ノイズの影響を最少にしようとする。

円形ダイアフラム形状は製作容易のために、また変換器
要素上に加わる圧力を最大とするように内部変換器要素
の周端を密封することの容易さのために好ましい。

この密封は変換器要素が圧力信号のより大きい部分を受
けられるようにし、かくしてダイアフラム中の疲労の影
響を減少するとともに利用できる信号レベルを増大する
。

本発明を円形のダイアフラムまたは変換器要素に限定す
る必要はなく、或応用例においては長四角形または他の
形状が、特にうず圧力変動を受ける全面積を最大とする
目的に対して有利に使用出来る。

ダイアフラムの流れ方向寸度（即ち円形ダイアフラムの
直径）は各別の連続するうすの間隔より小さくあるべき
で、同時に両反対側ダイアフラムに加えられる圧カパル
スに基づく信号の減少をさけるためにはこの間隔の１／
２より小さくすべきことが好ましい。

然しなからこういった拘束の範囲内で流れ方向寸度は出
来るだけ太きくすべきでありそして少なくともうず間隔
の１／１０にするのが好ましい。

内径７６．２ｍｍを持った管用として設計した実施例に
おいては、検出器担持部材４０は、その平担側面部分内
に形成され、約１９．０５ｍｍの最大可能直径をもった
ダイアフラム５２を具え得る最大可能直径（約１６ｍｍ
）を持つ室５０を具備し、全長２３．４４ｍｍを有する
。

か５る計器においては、うす通りの１つの列における連
続するうずの間の間隔は約６３．５ｍｍ乃至８８．９ｍ
ｍの範囲となるので、ダイアフラムの流れ方向寸度はう
ず間隔即ち流れるうすの“波長”の約１／４となった。

板２２から離れたうずの圧力変動はダイアフラム５２を
介して変換器要素５６へ伝達されるが、これは本実施例
においては圧電特性をもった薄い（０．５３３ｍｍ）セ
ラミック材料の円板またはウエファ−である。

この円板は導電材料、例えば黄銅（図示せず）の薄い板
により分離された２層を有するが、他の型の圧電要素を
使用することもできる。

外方円板表面は、加えられた圧力変動に応じて円板によ
り発生する電気信号を取りあげるように上記セラミック
材料と良好な電気的接続を行わせるために薄い銀の膜で
被覆する（図示せず）。

こ＼に記載するセラミック円板はオハイオ州ベッドフオ
ードのバーニトロン・コーポレイション（Ｖｅｒｎｉｔ
ｒｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からバイモーフ（Ｂ
ｉｍｏｒｐｈ）の名称のもとに商業的に入手できる。

このセラミックは端部支持で、ナイフエツシまたは均等
物に匹敵する単純な支持を具備するのが好ましいとはい
えもつと慣用される片持梁型支持は効率的でないにして
も機能的である。

加えられた圧力はセラミックス材料を撓ませ（即ち所謂
“撓み１−ド”（ｆｌｅｘｕｒｅ ｍｏｄｅ）で作用す
る）それに応じてその反対表面に対応する正負の電気的
変化を生ずる。

か５る装置の作動原理の詳細な議論はＩＥＥＥの会誌、
オーディオ・アンド・エレクトロアコースチツク編の１
９７１年３月、ＡＵ−１９巻１号の中の６頁から１２頁
にわたるシー・ビー・ジャーマノ（Ｃ．Ｐ．Ｇｅｒｍａ
ｎｏ）論文に示されている。

セラミック円板５６の側面上の銀被覆との電気的接触は
円板の両側に設けた極端に薄い銅の輪６０（第８図を見
よ）によってなされる。

これらの銅の輪はプラスチック製絶縁材料板の薄い層６
２へ接合され支持される。

各輪６０の円周上の１点において、導電材料は対応銅導
線６４へと半径外方向へ伸長され、これは流量計部材１
４中の小さい垂直孔６６（第２図参照）を上方へと貫通
する。

これらの導線は接合されたプラスチック外被によって絶
縁されその上方端において周知構造の絶縁ガラス対金属
密封６８の対応端子へそれぞれ接続される。

導線６４は上記密封端子から耐候性密閉筐７０へと続き
、そこで１対の出力導線６５を持ったヘルメチツクシー
ルされた増巾器７１Ａへと接続される。

これらの出力導線は密閉筐７０の端子箱部分７１Ｂへと
直流出力信号を出す。

増巾器７１Ａは比較的長距離に伝達するようなされた出
力信号をつくり出す回路を有する。

かかる回路は本発明の１部を構成せぬため詳細には述べ
ない。

セラミック円板５６の外周を取り巻いてプラスチック製
絶縁輪７２がありとれは例えば“アストレル”（Ａｓｔ
ｒｅｌ）と市場で知られる如き高温プラスチックよりつ
くられる。

このプラスチック輪は、室５０の内方壁面へ液密を保つ
ように、セラミック円板５６の反対側面上の１対の金属
隔て輪７４の半径方向圧力によって外方へと押し込み嵌
合される。

これらの隔て輪の外方直径は絶縁輪７２の内方直径より
僅かに大きく、この隔て輪は所望する液密をつくるよう
に上記絶縁輪を拡大する十分な力をもって押し込まれる
。

隔て輪はそれぞれ円形クランプ板７６により、外周上の
数点において押つけるとかまたは保持リング配設（図示
せず）による如く通常の方法により所定位置に保持され
る。

第６図示の如く、これらのクランプ板は外周上所定間隔
に切欠きを設け液体の流過を許す。

室５０の内部空間は例えば室の上方及び下方の出入口８
０及び８２をそれぞれ介して注入された油７８によって
充填される。

上方口８０は垂直孔６６（第２図）と連通し、そこから
注入された油はこの孔６６を満たすとともに絶縁輪７２
の方へと流下する。

孔６６の内部室５０へ入る点で、絶縁輪にはその外方円
周で横方向通路８４（第７図参照）を設けてあって、右
手のダイアフラム５２及びセラミック円板５６の間の領
域へ、対応するクランプ板Ｔ６のノツチを通って室の右
側へと油を流入させる。

下方口８２から入った油は孔８８を通って上方へ流れて
絶縁輪７２へ到り、そこで横方向通路９０が対応するク
ランプ板７６を通って左手ダイアフラム５２及びセラミ
ック円板５６の間の空間へと左の方へ油を運ぶ。

セラミック円板５６の両側面上にある充填油７８は板２
２から離れたうずの通過により生じ、ダイアフラム５２
の外表面へ加えられる圧力変動を円板へ伝達する役をす
る。

セラミック円板は通過するうずの周波数で撓み、それに
応じて監視さるべき流体の流速を、その周波数によって
示される対応電気的パルスを発生する。

油充填はセラミック材料ならびに変換器カプセルの外の
要素に対し望ましい環境を与える。

流れる流体中に現われるノイズ圧力コンポーネントをｐ
波するのを助け、変換器出力信号を電気的にＰ波する必
要をへらす。

第８図はセラミック円板えの電気的接続を行う方法を示
す詳細斜視図であって、円板の近い側面上の銅輪６０は
９４において中断されて狭い隙間（０．１２７ａｍ）ヲ
つくりそこを通って円板の両反対側面上への圧力を等し
くする必要のあるときはいっでも油充填７８が極めてゆ
っくり流れることができる。

力いる圧力差は例えば周囲温度の変動の結果蓄積される
。

隙間９４は非常に小さいのでダイヤフラムに沿って通過
するうずから受ける比較的速い圧力変化に応じては油は
本質的に貫流しない。

上記した配列について、セラミック円板５６は金属体１
２、流れる流体及び管部分１０から電気的に絶縁される
。

変換器カプセルにより生じた信号は圧電作用により内的
に発生するので、電気的エネルギーを体１２または流体
系の内部へ導入する必要は全くない。

圧電変換器は比較的大きい流れ応動信号を発生するのみ
ならず、セラミックが或る方法で物理的に偏置されても
流れ信号の中に恒久的（長時間の）直流成分を導入しな
いという利点がある。

この変換器はなおその上に差圧変動にのみ応動し静圧の
変化または感熱検出器を使用する場合の如く何等かの原
因から来るにもせよ冷却効果には応動しない。

かくして本変換器の流量信号は比較的清潔でありかつ一
層容易に処理し易い。

こトに記載するうす流量計は種々な流れ管の寸度に合う
様な寸度につくれる。

下表■はそれぞれ管寸度が２インチ（５０．８ｍｍ）、
３インｆＣ７６．２ｍｍ）及び４インチ（１０１．６ｍ
ｍ）に適当と思われる寸度範囲を示す。

表Ｉ中の寸度参照記号（Ｗ１Ｌ等）は第３図に用いたも
のに対応する。

第９図は従来の流量計測装置の実施例を示すが、これは
既述の如きうず発生板２２と既述の如き輪郭形状である
けれど異った内部検出器要素をもった検出棒４０とを有
する。

特に、棒４０には一般に長四角形で細長くかつ棒の長軸
方向に平行な（即ち管部分に関して直径方向にのびてい
る）矩形室１００が形成されている。

矩形室１００の内部には既述の如き圧電材料の細長い条
片要素１０２があって室１００のほゾ全長にわたりその
中央位置にのびている。

圧電要素はその上方端において通常のクランプ板装置１
Ｑ４により圧力把持的に堅固に保持されて流体流れの方
向に平行な軸の周りの要素１０２の片持梁的彎曲を与え
る。

検出器棒４０の両側面にはそれぞれ薄肉のやや柔軟な金
属製の細長い矩形フラツパ板１０６かある。

これらの板はその上流端に耳１０８が一体につくられ、
この耳は検出棒４０と回動係合を行う部分へと内側へ曲
がる。

これらのフラツパ板１０６はそれらの下方、下流部分で
ピン１１０によって機械的に１体に連結される。

これらの板は事実上うず発生板２２により生じたうずに
よる圧力変動からくる横方向の力に応動ずる、耳１０８
によりつくられた支点の周りに彎曲し得るフラツパ板と
して働く。

たわみ板１０６を１体に固定するピン１１０は圧電条片
要素１０２の下方端へも固着される。

かくしてフラツパ板１０６が流れるうすの交番圧力変動
により横方向に左右に運動するとき（流れるうずの２列
の間を横方向に）この運動は圧電要素１０２へ伝達され
て対応する電気出力信号を発生する。

この電気出力信号は検出器圧電要素１０２から既述の如
き導電装置（図示せず）によって増巾器の如き適当な処
理手段へ導かれて圧電信号をあらわす。

フラッパ板１０６はうず圧力変動を受けるまさに本質的
な面積を有することを注意され度い。

即ち、これらの板の下流方向寸度は検出器棒４０の側壁
寸度（流体流れの方向に平行）に実際上等しく、長手方
向寸度はうず発生板２２の軸方向寸度に略々等しい。

かくして、利用可能なうずエネルギの本質的な部分が圧
電要素１０２へ結合される。

フラツパ板１０６は検出器棒４０の両側壁から小距離隔
てて配され、流れる流体は室１００の内部を満たす。

かくして、この装置は第７図の装置に関して既に述べた
如き油充填の利用をさまたげる程流体温度が低い場合の
低温用途に好適である。

第１１図は油充填密封ダイヤフラムカプセルを持ったも
う１つ他の装置を示すが、これでは既述の如き圧電型の
固体変換要素１２０が密封ダイヤフラム１２２の１つの
内表面に直接絶縁的に接合される。

かくして検出器要素はうず圧カパルスへの１次ばね反力
を与えるので、うずエネルギーの一層大きい量が検出器
要素へ導かれ、よって信号の改良がなされる。

同様に、金属ダイアフラムにおける疲労効果はそれ相応
に減少される。

カプセルの内方部分１２４には小孔１２６が形成され充
填油１２８を１方から他方えと流れるようにして動的応
答特性の最適減衰を与える。

検出器要素へ電気的接続をなすための適切な手段は既述
の如く配設し得る。

或る応用例にては、圧電検出器を両ダイヤフラムに接合
することが望ましいこともある。

第１２図及び第１３図は検出器要素が流れ管の外側に位
置している装置を示す。

これは流れ管系内へ連通される流れ部分１５２と以下述
べる若干の作動要素を含んだ外方耐候性密封筐１５４と
を有するうす型流量変換器である。

流管部分１５２で限定される流れ路内に細長いうず発生
体１５６が溶接その他の方法で取付けられるが、これは
例えば押出し加工の間に、第３図について既述した断面
形状を持つように形成される。

この細長体１５６は前面板１５８及び反対両側面上に同
一の円形圧力密封ダイヤフラム１６２，１６４をもった
一体尾状検出器棒１６０を含む。

これらダイヤフラムは、円形断面を有し各対応するダイ
ヤフラムに隣接する２つの分室１７０，１７２をつくる
分割隔壁１６８を持った油充填室１６６を包む。

流れうずがこの棒１６０を通過するときに、生ずる圧力
変動はダイヤフラム１６２，１６４を介して対応する油
充填室部分内へと伝達される。

室部分１７０，１７２内のこれらの圧力変動は検出器棒
１６０を貫いて軸方向にのびる各油充填孔１７４，１７
６を介して外方密封筐１５４へと伝達される。

その密封筐内で、これらの孔１７４，１７６は、既述の
セラミック円板の如き、円周端支持型圧電検出要素１８
２の反対側面上にある２つの油充填円形小部屋１７８，
１８０へそれぞれ連通する。

これら小部屋内へ伝達されたうず圧力パルスはこの圧電
要素内に交番曲げ応力を生じてその両外側面間に対応電
圧信号を発生させる。

これらの電圧信号は適当な導線１８４（既述した如きも
の、たゾし単純のため第１２図及び第１３図には詳細に
示してない）を介して上記耐候性密閉筐１５４中の信号
処理装置へ導かれる。

この処理装置は増巾器等を含み遠隔制御室等への伝達の
ために比較的高出力の流量信号をつくるようされている
。

第１２図及び第１３図示の装置は数個の利点を有する。

第１に、この圧電要素１８２は圧力検出ダイヤフラム１
６２，１６４の所を流れるプロセス流体から隔った所に
あり従ってζその流体から、特に熱の影響に関して効果
的に絶縁されている。

例えば１４８．９℃を超さない温度で作動するように限
定された典型的圧電要素は第１２図の装置においては、
１４８．９℃を遥に超えたプロセス流体温度でも満足に
作用することができる。

例えば３１５．６℃近辺即ち充填用液体が悪影響を受け
ることのない最高温度の近くでもよい。

同様に、ダイヤフラム分室１７０，１７２を検出器小部
屋１７８，１８０から物理的に分離することによって、
ダイヤフラム１６２，１６４の面積と圧電要素１８２の
面積との比を選択的に制御することが可能となる。

それに関して、圧電信号発生の望ましい高効率は、圧電
要素１８２の直径がダイヤフラム１６２，１６４の直径
の１．６倍、即ち面積比が約２．５：１となるように各
部の寸度を決定することにより得られることを発見した
。

第１２図の装置はまたうす型流量変換器の全体は一体構
造として供給できる点で有利であり、困難なしに流れ系
内へ取付けられるとともに遠隔地域への伝達に適した流
量信号をつくり出す複合ユニットとして作用可能である
。

か〜るユニットの軸方向寸度は比較的短くて有利である
。

例えば部分１５２の長さは体１５６の流れ方向の長さよ
り１０係または２０係長いだけであるが、勿論、かかる
寸度で全系の要求する他の性能特性と両立し得るもので
ある。

本発明の選ばれた実施例についてのみ詳細な説明を行っ
たがこれは発明を説明して当業者に、上記した装置に必
要な改良を加えて種々異なる応用に本発明を適用するこ
とができるようにするためであり、かくしてこＮの開示
の特殊な詳細が本発明の範囲の必要な限定ではなく、本
発明に係る実施例により必要とされるものとしてのみ考
えているのだという事を強調し度い。

次に本発明の実施の態様について例記する。

１．流れている流体の中に位置せしめ且つ横方向に離間
したうず発生端縁をもったうず発生要素を有し、また該
うず発生要素の下流に位置し上記流れている流体の運動
の方向に平行に伸びている外部表面をもちその中に変換
器室を形成したハウジングと、上記室の外方部分を決定
し、該室の外部表面と同一平面上にある２枚の柔軟なダ
イアフラムと、そして該変換器室内に配置した固体変換
要素とを含むうず検出器を有する流量計測装置において
、該変換器室５０，１７０，１７２が該室の軸に垂直な
分割手段５６，６２，７４，１６８により２つの分室に
分割され、液体７８が該変換器室内に含まれ、而して上
記ダイヤフラム５２が上記室及び液体を該流れでいる流
体から密封的に隔離していることを特徴とする流量計測
装置。

２．第１項記載の流量計測装置において、該固体変換要
素５６が該分割手段の一部であることを特徴とする流量
計測装置。

（第５図〜第８図）３．第１項記載の流量計測装置にお
いて、該分割手段が壁１６８を有することを特徴とする
流量計測装置。

４，第１項から第３項の何れか１項記載の流量計測装置
において、該分室が絞り（隙間９４）を介して連通して
いることを特徴とする流量計測装置。

５．流れている流体の中に位置せしめ且つ横方向に離間
したうず発生端縁をもったうず発生要素を有し、また該
うず発生要素の下流に位置し上記流れている流体の運動
の方向に平行に伸びている外部表面をもちその中に変換
器室を形成したハウジングと、上記室の外方部分を決定
し、該室の外部表面と同一平面上にある２枚の柔軟なダ
イアフラムと、そして該変換器室内に配置した固体変換
要素とを含むうず検出器を有する流量計測装置において
、該固体変換要素１２０が該ダイアフラム１２２の１つ
により担持され、液体７８が該変換器室内に含まれ、そ
して上記ダイアフラム５２が上記室及び液体を上記流れ
ている流体から密封的に隔離していることを特徴とする
流量計測装置。

６．第５項記載の流量計測装置において、該第２のダイ
アフラムが同様に固体変換要素を担持することを特徴と
する流量計測装置。

７．第５項又は第６項記載の流量計測装置において、該
固体変換要素１２０の自由表面が、該検出器のハウジン
グに形成された分割壁１２４に形成された孔１２６を介
して他のダイアフラム１２２と連通していることを特徴
とする流量計測装置。

８．第１項から第７項の何れか１項記載の流量計測装置
において、該固体変換要素５６の表面が該ダイアフラム
５２の作用面積の約２．５倍の面積を有することを特徴
とする流量計測装置。

９、第８項記載の流量計測装置において、該固体変換要
素及びダイアフラムを円形とし、該固体変換要素５６の
直径が該ダイアフラム５２の直径の約１．６倍であるこ
とを特徴とする流量計測装置。

１０．第１項から第９項の何れか１項記載の流量計測装
置において、該ダイアフラム５２の寸度が該検出器４０
，１６０の下流寸度の半分より大きいことを特徴とする
流量計測装置。

１１，第１項から第１０項の何れか１項記載の流量計測
装置において、該検出器４０，１６０が流れの方向に対
し横に伸びる方向において該うず発生要素２２より小さ
い寸度を有することを特徴とする流量計測装置。

１２、第１１項記載の流量計測装置において、該うず発
生要素２２が流体の流れの方向に対し傾斜した側壁２８
を有することを特徴とする流量計測装置。

１３．第１２項記載の流量計測装置において該側壁２８
が流体の流れの方向に対し３０゜傾斜したことを特徴と
する流量計測装置。

１４．第１１項から第１３項の何れか１項記載の流量計
測装置において、うず発生要素２２の厚さ（Ｄ）対中（
Ｗ）の比が１７１０から１／２であることを特徴とする
流量計測装置。

１５．第１２項から第１４項の何れか１項記載の流量計
測装置において、該検出器４０，１６０が該うず発生要
素２２の下流端部の巾（Ｔｗ）より小さい横巾方向寸度
（Ｔ）を有することを特徴とする流量計測装置。

１６．第１項から第１５項何れか１項記載の流量計測装
置において、該検出器４０が流体の流れの方向に対し傾
斜させた下流端部分４８を有することを特徴とする流量
計測装置。

１７．第１６項記載の流量計測装置において、該検出器
４０の該端部分４Ｂの側壁が流体の流れの方向に対し３
０゜傾斜していることを特徴とする流量計測装置。

１８．第１６項又は第１７項記載の流量計測装置におい
て、流体の流れ方向に見て該端部分４８の寸度（ＴＬ）
が流体の流れの方向に見て該検出器４０の全体寸度（Ｌ
）の半分より小さいことを特徴とする流量計測装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の一部切欠側面図、第２図
は流管部分に取付けられる一体の流量計棒部材の正面図
、第３図は第２図の３−３線に沿った水平断面図であっ
て、うず発生板と検出器棒の輪郭形状を示し、第４図は
うず発生板の前面の正面図で上下輪郭が曲線となり管部
分の輪郭に一致している所を示し、第５図は第２図の５
−５線に沿った水平断面図で密封された検出器要素を具
えた油充填カプセルの詳細を示し、第６図は管軸を含む
平面に沿った検出器棒の中央部分の垂直断面図で、検出
器棒に対するうず検出力プセルの配置を示し、第７図は
第６図の７−７線に沿った断面の詳細図、第８図はセラ
ミック円板への電気接続を示す詳細斜視図、第９図は従
来技術のフラツパ作動圧電検出器の斜視図、第１０図は
第９図の１０−１０線に沿った水平断面図、第１１図は
油充填検出器ユニットの撓みダイヤフラムヘ圧電要素が
接合された装置を示し、第１２図及び第１３図は検出要
素が流管の外側に配置された装置を示し、図において、
１０は管部分、１２は体部、１４は一体のメータ部材、
１６は横部材、２０はガスケット、２２はうず発生板、
２４は前表面、２６は端縁、２８は平担な側表面、３０
は平担な後部表面、４０は検出器棒、４２は側表面、４
４は圧力検出器、４６は空洞領域、４８は尾部体、５０
は内部室、５２は円形金属ダイヤフラム、５６は変換器
要素、６０は銅輪、６２はプラスチツク絶縁材料、６４
は導線、６５は出力導線、６６は細孔、６８はガラス対
金属密封物、７０は耐候性密閉箱、７１Ａは密封型増巾
器、７１Ｂは端子箱部分、７２はプラスチックの絶縁リ
ング、７４は金属スペーサリング、Ｔ６はクランプ板、
７８は油充填物、８０．８２は油出入口、８４は通路、
８Ｂは孔、９４は隙間、１００は矩形室、１０２は圧電
要素、１０４はクランプ板装置、１０６はたわみ板、１
０８は耳、１１０はピン、１２０は固体変換要素、１２
２は密封ダイヤフラム、１２６は細孔、１２８は油充填
物、１５０は一体イモノ部材、１５２は流管部分、１５
４は耐候性密閉箱、１５６はうず発生体、１５８は前面
板、１６０は尾状検出器棒、１６２，１６４は円形密封
ダイヤフラム、１６６は油充填室、１６８は隔壁、１７
０，１７２は分室、１７４，１７６は油充填孔、１７８
，１８０は小部屋、１８２は圧電検出要素である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流れている流体の中に位置せしめ且つ横方向に離間
   したうず発生端縁をもったうず発生要素を有し、また該
   うず発生要素の下流に位置し上記流れている流体の運動
   の方向に平行に伸びている外部表面をもちその中に変換
   器室を形成したハウジングと、上記室の外方部分を決定
   し、該室の外部表面と同一平面上にある２枚の柔軟なダ
   イアフラムと、そして該変換器室内に配置した固体変換
   要素とを含むうず検出器を有する流量計測装置において
   、該変換器室５０，１７０，１７２が該室の軸に垂直な
   分割手段５６，６２，７４，１６８により２つの分室に
   分割され、液体７８が該変換器室内に含まれ、而して上
   記ダイアフラム５２が上記室及び液体を該流れでいる流
   体から密封的に隔離していることを特徴とする流量計測
   装置。 ２ 流れている流体の中に位置せしめ且つ横方向に離間
   したうず発生端縁をもったうず発生要素を有し、また該
   うず発生要素の下流に位置し上記流れている流体の運動
   の方向に平行に伸びている外部表面をもちその中に変換
   器室を形成したハウジングと、上記室の外方部分を決定
   し、該室の外部表面と同一平面上にある２枚の柔軟なダ
   イヤフラムと、そして該変換器室内に配置した固体変換
   要素とを含むうず検出器を有する流量計測装置において
   、該固体変換要素１２０が該ダイヤフラム１２２の１つ
   により担持され、液体７８が該変換器室内に含まれ、そ
   して上記ダイヤフラム５２が上記室及び液体を上記流れ
   ている流体から密封的に隔離していることを特徴とする
   流量計測装置。