JP2005502038A - 渦流ピックアップ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
【0001】
本発明は、体積流、質量流あるいは測定チューブを流れの方向に流れる流体の流速を測定する、測定チューブの直径に渡って配置されるカルマン渦を生成するためのブラフ体(bluff body)を有する渦流ピックアップに関する。
【背景技術】
【0002】
体積流は、単位時間あたりに測定チューブの断面を通って流れる流体の体積として定義され、質量流は、単位時間あたりに測定チューブの断面を通って流れる流体の質量として定義される。
【0003】
この種類の渦流ピックアップの動作中に、カルマン渦列がブラフ体の下流に生成され、その圧力揺らぎは、渦センサによって電気信号に変換され、その周波数は、体積流あるいは流速に比例していることが知られている。
【0004】
US−A 6003384においては、チューブ壁を有する測定チューブ内の流れの方向に流れる流体の体積流あるいは流速を測定する現在良く使われている渦流ピックアップが記載されている。渦流ピックアップは、
測定チューブの直径に沿って配置され、カルマン渦を生成し、互いに対応して存在する第1と第2の固定位置において、内部から測定チューブのチューブ壁に接続されたブラフ体と、
渦によって生成された圧力揺らぎに応答し、測定チューブのチューブ壁の穴内のブラフ体の下流に設けられ、この穴をふさぐ渦センサとを備え、
穴の中央がブラフ体の第1の固定位置の中央と共に測定チューブの母線(generatrix)上に存在し、
渦センサは、
流体に面する第1の面と流体にそっぽを向く第2の面をもつ、穴を覆う隔膜と、
隔膜の第1の面に取り付けられ、測定チューブの直径より短く、測定チューブの母線に直線状に配列された主面とフロントエッジを有する楔形状センサ羽板と、
第2の面に取り付けられたセンサ素子を備える。
【0005】
流体の温度が温度センサによって測定される場合、質量流は、例えば、体積流、流体の種類と特徴と、任意の時間の温度からマイクロプロセッサによって計算するなどによって、決定される。
【0006】
これは、渦センサの異なる種類の渦流ピックアップの場合には、いくらか前に既に記載されている。例えば、US−A 4048854及びUS−A 4404858は、それぞれ、内部から測定チューブのチューブ壁に流れる流体がかすめるように設けられた温度センサを示している。
【0007】
JP−A 2000−2567では、チューブ壁を持つ測定チューブないの流れの方向に流れる流体の質量流、体積流あるいは流速を測定する渦流ピックアップが記載され、その渦流ピックアップは、
基板によって内部からチューブ壁の一面に固定され、動作中カルマン渦を生成し、測定チューブの直径よりも短く、流れの方向に垂直に配置された平行な主面と丸い形のフロント面を持ち、温度センサが設けられた、羽根と、
固定位置の近くに固定され、カルマン渦によって生成された流体の流れの圧力揺らぎのための第1のセンサ素子と、
固定位置の近くに固定され、流体の流れによって生成される羽根の変形のための第2のセンサ素子とを備える。
【0008】
この温度センサは、また、流れる流体によってかすめ通られ、発明者が発見したように、動作中に出くわす全ての流体にとって結果的に耐性があるわけではない、すなわち、ある流体は、そのように配置された温度センサを腐食する。
【0009】
これらの温度センサを腐食する流体は、後者の製造者による渦流ピックアップの使用を出来なくする。しかし、このような使用禁止は、これらの渦流ピックアップの使用を制限し、これは、これらの応用の汎用性であるから、結果的にマーケットにおける魅力を制限している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の1つの目的は、ブラフ体と測定チューブのチューブ壁に固定された渦センサと、各渦流ピックアップは、温度センサを腐食するそれらの流体と共に使用されるように配置された温度センサを有する渦流ピックアップを特定することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この目的を達成するため、本発明の第1の変形例は、チューブ壁を有する測定チューブ内の流れの方向に流れる流体の質量流、体積流あるいは流速を測定する渦流ピックアップからなり、渦流ピックアップは、
測定チューブの直径に沿って配置された、カルマン渦を生成する、互いに対向する第1と第2の固定位置において、内部から測定チューブのチューブ壁に接続されたブラフ体と、
渦によって生成される圧力揺らぎに応答し、測定チューブのチューブ壁の穴内に、ブラフ体の下流に設けられ、この穴を塞ぐ渦センサとを備え、
穴の中央は、ブラフ体の第1の固定位置の中央と共に測定チューブの母線上に設けられ、
渦センサは、
流体に面する第1の面と流体にそっぽを向く第2の面をもち、穴を塞ぐ隔壁と、
隔壁の第1の面に取り付けられ、測定チューブの直径より短く、測定チューブの母線と一列に並べられた主面と少なくとも1つのフロントエッジを有し、ブラインドホールを有し、その下端は、少なくとも1つのフロントエッジの近傍に配置されるセンサ羽根と、
ブラインドホールの下端に固定される温度センサと、
第2の面に固定されたセンサ素子とを備える。
【0012】
前記目的を達成するため、本発明の第2の変形例は、チューブ壁を持つ測定チューブの中の流れの方向に流れる流体の、質量流、体積流、あるいは流速を測定する渦流ピックアップからなり、渦流ピックアップは、
測定チューブの直径に沿って配置され、カルマン渦を生成し、互いに対向する第1と第2の固定位置に、内部から測定チューブのチューブ壁に接続されるブラフ体と、
渦によって生成される圧力揺らぎに応答し、測定チューブのチューブ壁の第1の穴内でブラフ体の下流に設けられ、この穴を塞ぐ渦センサとを備え、
第1の穴の中央がブラフ体の第1の固定位置の中央と共に測定チューブの母線上に配置されており、
ブラフ体は、ブラインドホールを有し、ブラインドホールはチューブ壁内の第2の穴と一列に配列され、ブラインドホール内に温度センサが取り付けられており、
渦センサは、
第1の穴を塞ぎ、流体に面する第1の面と流体にそっぽを向く第2の面をもつ、隔壁と、
隔壁の第1の面に固定され、測定チューブの直径より短く、測定チューブの母線と一列に配列された主面と少なくとも1つのフロントエッジを有するセンサ羽根と、
第2の面に固定されたセンサ素子とを備える。
【0013】
本発明の両変形例の好適実施形態によれば、センサ羽根の主面は、1つのフロントエッジを持つ楔を形成する。
【発明の効果】
【0014】
本発明の1つの利点は、温度センサは、流体と接することが無く、結果として、腐食されない。にもかかわらず、温度センサは、ほぼ遅延無くその温度を検出できるほど流体に近い位置に配置される。事実、これは、渦センサもしくはブラフ体の薄い壁によってのみ流体から分離され、そして、渦流ピックアップの残りのパーツと同様、これらのパーツは、金属、好ましくは、ステンレススチールで出来ており、従って良好な熱伝導体である。
【0015】
本発明の更なる利点は、F. P. Incropera and D. P, DeWitt "Fundamentals of Heat and Mass Transfer", 4th edition, 1996, ISBN 0-471-30460-3, pages 114 to 119の本に対応するもので、センサ羽根あるいはブラフ体に設けられた温度センサは、測定チューブ、好ましくは、その外側に固定された第2の温度センサと共に動作することが出来、つまり、同様に、流体には接触しない。既知であるように、第2の温度センサが設けられれば、1つの温度センサよりもより正確な温度測定が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明と更なる利点は、図面に示された例示的実施形態を基に詳細に説明する。異なる図面の同じパーツは、同じ参照番号で示され、簡単のため、必要ならば省略する。
詳細を各図に全て示すことが出来ないので、以下に図1〜図4をいっしょに参照して説明する。最初に図1と図2に示され、全体を示す、第1の変形例の例示的実施形態の概観図は、渦流ピックアップ1を一部が切り開き、一方で流れの方向から(図1)、他方で流れと逆の方向から(図2)見た図となっており、測定チューブ2のチューブ壁21に固定され、穴22から突出している渦センサ3を有している。これは、好ましくは、US−A 6003384に記載され、その内容が本出願の開示に属する容量性のセンサ素子を有した動的に補償された渦センサである。
【0017】
測定チューブ2の内部にその直径に沿ってブラフ体4が配置され、これは測定チューブ2に硬く固定されており、これにより、表面に出た第1の固定位置41と覆われている第2の固定位置41*を形成している。穴22の中央と固定位置41の中央は、測定チューブ2の母線上にある。
【0018】
ブラフ体4は、動作中、測定されるべき流体、例えば、液体、気体、あるいは、蒸気の流れに対抗した、インパクト面42を有している。ブラフ体4は、また、図1及び図2には、1つの(正面側の)横面43のみが示されているが、2つの横面を有している。分離エッジは、インパクト面42と横面によって形成される。図1では、これらの1つの(正面側の)分離エッジ44のみが見え、1つの(裏面側の)分離エッジ45は明示的に示されている。
【0019】
図1及び図2のブラフ体4は、実質的に、まっすぐの三角形コラム形状、すなわち、三角形の断面を持つコラム(柱状体)を有している。しかし、他の従来のブラフ体の形状を本発明に使用することも可能である。
【0020】
インパクト面42に対抗する流体の流れは、ブラフ体4の下流に、渦は、交互に各分離エッジで分離され、流れる流体に沿って運ばれるという事実から、流体内にカルマン渦の列を生成する。これらの渦は、流体に局所的な圧力揺らぎを生成し、その時間的分離周波数、すなわち、渦周波数と呼ばれるもの、は、流体の流速及び/あるいは体積流の尺度である。
【0021】
圧力揺らぎは、渦センサ3によって電気信号に変換され、これは、従来の方法で、流体の流速及び/あるいは体積流を計算する評価回路に送られる。
渦センサ3は、ブラフ体4の下流であって、測定チューブ2のチューブ壁21の穴22内にあわされ、測定チューブ2の周囲面から穴22を覆い、渦センサ3は、チューブ壁21にねじ込まれる。例えば、この目的に使用されるのは、4つのねじであり、ねじ5、6、7は、図1と図2に示されており、対応する穴50、60、70、80が図3に示されている。
【0022】
渦センサ3については、チューブ壁21の穴22を通って、測定チューブ2の内部に突出する楔形状センサ羽根31とハウジングキャップ32が図1と図2に示されている。ハウジングキャップ32は、例えば、US−A 6003384に示される、薄い壁の中間部材323の挿入によって、延長部322内に伸びる。
【0023】
センサ羽根31は、主面を持っており、そのうち、図1と図2には、主面311のみが示されている。主面は、測定チューブ2の前述の母線と一列に配列されており、フロントエッジ313を形成する。センサ羽根31は、他の好ましい三次元形状でもよく、例えば、2つの平行なフロントエッジを形成する、2つの平行な主面をもっても良い。
【0024】
センサ羽根31は、測定チューブ2の直径より短い。更に、これは、柔軟性がある程度に硬く、ブラインドホール314を持っている(図4にのみ図示)。ブラインドホール314が十分な直径を持つために、壁のパーツが主面から突出し、図2にこの壁のパーツ315が示されている。ブラインドホール314は、下端を有するフロントエッジ313の近傍に達する。
【0025】
隔壁33もまた、渦センサ3に属しており、これは、穴22を覆い、流体と向き合う第1の面331と、流体からそっぽを向く第2の面332を有している。図3、図4参照。面331に固定されているのは、センサ羽根31であり、面332に固定されているのは、センサ素子35である。好ましいのは、センサ羽根31、隔壁33の円環リム333と、隔壁33に固定されたセンサ素子35のパーツ351は、例えば、金属、好ましくは、ステンレススチールの材質の一塊で出来ている。センサ素子35は、上記信号を生成し、その周波数は、流れる流体の体積流に比例する。
【0026】
ブラインドホール314の下端の近傍に固定されるのは、温度センサ34である。温度センサ34の供給線341、342は、中央を上方へ、渦センサ3を通って導かれる。
供給線341、342の一つは、温度センサ34がセンサ羽根31の一端と電気的に接触しており、結果的に、回路のゼロ点の電位になっているならば、必要ない。温度センサ34は、好ましくは、プラチナ抵抗器である。
【0027】
センサ羽根31及び、特に、その壁のパーツ315は、十分に薄く作られ、また、金属で好ましくは作られるので、温度センサ34は、ほぼ、センサ羽根31を通過して流れる流体のその瞬間の温度に置かれ、この構成の低熱容量により、十分速く、ほぼ遅延無しに、流体の温度変化に追随することが出来る。従って、質量流は、温度センサ34によって測定される流体の温度と、渦センサ3の信号から従来の方法で計算することができる。
【0028】
図5において、本発明の第2の変形例に対応する渦流ピックアップ1’は、図2と同様に、概観図として、一部を切り開いて示されている。図2のパーツと同じ種類の図5のパーツは説明しないが、図2のそれらに用いられた参照番号にアポストロフィーをつけて用いる。
【0029】
本発明の第2の変形例の例示的実施形態と第1の変形例の例示的実施形態の違いは、一方で、ブラフ体4’がチューブ壁2’内の第2の穴24と一列に配置され、温度センサ34’が設けられているブラインドホール46を有し、他方で、楔形センサ羽根31’は、2つの平板主面311’をもっている。温度センサ34’は、供給線341’を有している。
【0030】
ブラインドホール46は、ブラフ体4’の任意の深さに設けることが出来、その下端461は、好ましくは、温度センサ34’がブラフ体4’の中央に配置されるように設定される。
【0031】
ブラフ体4’は、ブラインドホール46の領域で、十分薄く造られるので、図1〜図4のセンサ羽根31のように、好ましくは、同様に、金属、好ましくは、ステンレススチールで作られ、温度センサ34’は、殆ど、ブラフ体4’を通って流れる流体のその瞬間の温度に置かれ、この構成の低熱容量により、十分速く、ほぼ遅延無しに流体の温度変化に追随することができる。結果として、質量流は、温度センサ34’によって測定される、流体の温度と、渦センサ3’の信号から従来の方法で計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の第1の変形例に対応する渦流ピックアップを、流れの方向から見た概観図として、一部を切り開いて示す図である。
【図2】図1の渦流ピックアップを、流れとは逆方向から、一部を切り開いて概観する図である。
【図3】図1及び図2の渦センサを下からの概観図として示す図である。
【図4】図3の渦センサの概観的縦方向断面を示す図である。
【図5】本発明の第2の変形例に対応する渦流ピックアップを図2と同様に、概観図として、一部を切り開いて示す図である。
Claims (3)
- チューブ壁(21)を持つ測定チューブ(2)内の流れの方向に流れる流体の質量流、体積流、あるいは、流速を測定する渦流ピックアップ(1)であって、
渦流ピックアップは、
測定チューブ(2)の直径に沿って配置され、カルマン渦を生成し、互いに対向する第1と第2の固定位置(41、41*)において、内部から測定チューブのチューブ壁に接続されるブラフ体(4)と、
渦によって生成される圧力揺らぎに応答し、ブラフ体の下流であって測定チューブのチューブ壁(21)の穴(22)内に設けられ、この穴を塞ぐ渦センサ(3)とを備え、
穴(22)の中央はブラフ体(4)の第1の固定位置(41)の中央と共に測定チューブ(2)の母線上にあり、
渦センサ(3)は、
穴(22)を覆い、流体に面する第1の面(331)と、流体からそっぽを向く第2の面(332)を有する隔壁(33)と、
隔壁の第1の面に固定され、測定チューブ(2)の直径より短く、測定チューブの母線と一列に配列された主面(311)と少なくとも1つのフロントエッジ(313)を備え、下端が少なくとも1つのフロントエッジ(313)の近傍にあるブラインドホール(314)を備えるセンサ羽根(31)と、
ブラインドホール(314)の下端に固定された温度センサ(34)と、
第2の面(332)に固定されたセンサ素子(35)と
を備えることを特徴とする渦流ピックアップ。 - チューブ壁(21’)を持つ測定チューブ(2’)内の流れの方向に流れる流体の質量流、体積流、あるいは、流速を測定する渦流ピックアップ(1’)であって、
渦流ピックアップは、
測定チューブ(2’)の直径に沿って配置され、カルマン渦を生成し、互いに対向する第1と第2の固定位置(41’)において、内部から測定チューブのチューブ壁に接続されるブラフ体(4’)と、
渦によって生成される圧力揺らぎに応答し、ブラフ体の下流であって測定チューブのチューブ壁(21’)の第1の穴(22’)内に設けられ、この穴を塞ぐ渦センサ(3)とを備え、
穴(22)の中央はブラフ体(4)の第1の固定位置(41)の中央と共に測定チューブ(2)の母線上にあり、
ブラフ体(4’)は、ブラインドホール(46)を有し、ブラインドホールはチューブ壁(21’)内の第2の穴(24)と一列に配列され、ブラインドホール内に温度センサ(34’)が設けられ、
渦センサ(3’)は、
第1の穴(22’)を覆い、流体に面する第1の面と、流体からそっぽを向く第2の面を有する隔壁と、
隔壁の第1の面に固定され、測定チューブ(2’)の直径より短く、測定チューブの母線と一列に配列された主面(311’)と少なくとも1つのフロントエッジ(313’)を備えるセンサ羽根(31’)と、
第2の面に固定されたセンサ素子と
を備えることを特徴とする渦流ピックアップ。 - 前記センサ羽根の主面は、1つのフロントエッジ(313、313’)をもつ楔を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の渦流ピックアップ。
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