JPH0569630U - 流体の流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 小寸法でさまざまな条件の下で正確な測定が
でき、安価に制作できる流体の流量測定装置を得る。 【構成】 渦分離部材１２に隣接して穴を設けた流路管
の壁部に、並んだ大面積の一対のインパルスポート３２
を形成し、これらインパルスポート３２で渦によって発
生させられる差圧変動を受容してそれぞれが圧力チャン
バー４０と直接連通することにより渦の圧力エネルギー
を圧力チャンバー４０内に過剰な減衰をさせることなく
伝達する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は流体の流量測定装置に係る。詳しくは、管内の液体又はガス体の流れ の速度の測定に使用する渦分離タイプの測定装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】

非流線形の障害物を通り越して流れる流体中に渦が発生発展することは長年に わたり知られている。又、特種な構成を用いた場合、障害物の対向縁より一定間 隔をおいて交互に分離され同じ渦の列を形成することにより渦が発生展開される ことも知られている。このような渦はいわゆるカルマンの「渦の列」を形成する ものであり、これは流れと一緒に走行する等間隔渦の２つの殆ど平行状の列より なる安定せる渦形態である。 カルマンの渦列においては、１つの列の渦は他の列の渦に対して相次ぐ渦の間 隔のほぼ半分だけ食い違っている。各列における連続する渦のへだたりは一定の 流量範囲にわたり殆ど一定であり、従って渦形成の頻度は流体の速さに比例する 。そこで、渦分離の頻度の検出により流体の流量を測定することが可能である。

【０００３】 この目的のための装置はしばしば渦計器と称せられる。 各種型式の渦計器が数年市販されている。かかる計器は基本的に渦圧力変動を 検出するためのセンサーと一緒に渦分離ボディを流路管内に取付けて設けている 。一般に、この渦分離ボディには流れてくる流体に面と向った鈍状表面がある。 きわめて優れた作動をするセンサーの場合、ピエゾ電気水晶が使用され渦圧変動 検出し対応する電気パルスを発生する。このような水晶は可撓性の金属製ダイヤ フラムを介して圧力変動を受けるシールを施せる油充満空所内に取付けられるこ とが望ましい。この種の特に好適な装置は米国特許第４，０８５，６１４号（キ ュラン、Ｃｕｒｒａｎその他）に示されている。

【０００４】 上記キュランその他の特許の第６図に示す圧電気センサーは流路管の全直径を 横切り垂直に普通延びる鈍状ボディの渦分離面のすぐ後に位置している。この形 態はほぼ商業的に成功せるものと判明しているが、これは主として直径５．０８ cm（２″）以上の流路管をもつ比較的大型の計器に適している。小径の計器即ち 直径３．８１cm（１．５″）以下の管をもついわゆる流路サイズの計器に対して は、流路管の外側にセンサーを取付けるのが望ましい。 流路管の外側に少なくとも渦センサーの部分を取付けることがかって提案され た。例えば、上記キュランその他の特許の第１３図において圧電水晶部材は流路 管の外側に位置し、渦分離ボディの内部のダイヤフラムシールのチャンバーにそ れぞれ接続した毛細管サイズの導管を通じて圧力パルスを受けとる。しかしなが ら、このような構成の場合、毛細管導管により圧力パルス信号が減衰され高水準 の性能発揮が妨げられるので完全には満足すべきものではなかった。

【０００５】 米国特許第３，７２２，２７３号には流路管の外側におかれたセンサー要素を 有する渦計器のもう一つの例が示されている。渦分離ボディの内部に形成したチ ャンバーの両側に接続した小導管を通じ熱的「熱線」センサー部材が流体圧信号 を受ける。この一般タイプのその他のセンサー形態は米国特許第３，７７７，５ ６３号の第１６図より第１８図に示されている。しかしながら、上記２点の特許 に記載せるセンサー構成は、本考案によりとり上げられる問題に対する解決法と しては受け入れられない重大な実用面の欠点をともなっている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

以下詳述する本考案の一つの好適実施例において、全体にＴ字型横断面の細長 いバーの形態をした渦分離部材を有する小直径の流路管を含む流路サイズの渦計 器が提供されている。渦分離バーは端部を流路管の壁に一体に形成した状態で液 体の流れの方向に直角に取付けられている。渦分離具の鈍状面（即ち「Ｔ」のト ツプ）は上流に面し、後部弓状部は下流側に延びている。 渦分離バーの一端近くの流路管の壁は孔が明けられ、バーの後部弓状部の対向 側を中心として対称状におかれた２つの大面積のインパルスポートを形成してい る。これらポートは断面がほぼ半円形であり、流路管の壁と一体の外部センサー ハウジング内に位置する同じ断面形状の対応する圧力チャンバーの端部を画成す る。

【０００７】 バーの縁部から分離した渦は流路管壁のインパルスポート近くで強力な圧力パ ルスを展開する。これらのパルスはインパルスポートを通り目立った減衰をとも なうことなくそれぞれの圧力チャンバーに導かれる。 この２つの圧力チャンバー間に一対のたわみダイヤフラムのそれぞれをチャン バーの１つにさらけ出した取付けたセンサーボディが設けられている。これらの ダイヤフラムはこれに加わる差圧信号に応答して電気信号を発信するよう構成さ れた圧電クリスタルを保持するシール封印の油充満カプセルの一部を形成してい る。圧電クリスタルは圧力チャンバー内の渦誘導による圧力変動に応答し流路管 内の渦の分離に相当する適宜強力な電気パルスを発展し広範囲にわたる流量及び 条件において正確な流量測定信号を作り出すことができる。

【０００８】 上記構成の更に利点とする所は、外部センサーボディを点検保守や交換のため これを流量計より容易に取外しができる点にある。計器バイパスループの利用に よりかかる取外し作業は現場において行うことができる。ダイヤフラムは計量流 体の流れから効果的に隔離され、従って流体中の粒子よりの侵食作用を受けない 。流量計は液体やガス体又は蒸気の測定に使用できる。 従って、本考案の目的は小寸法の改良せる流体の流量測定装置の提供にある。 本考案のもう一つの目的はさまざまな条件の下で正確な測定ができしかも適度の コストでこれを製作できるような流量測定装置を得ることにある。更に他の諸目 的、特徴ならびに利点については添付図面参照による好適実施例の下記詳細説明 により一部示され又一部明白にされる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

即ち、本考案に係る流体の流量測定装置は、流体流量に対応した比率で渦を発 生させる渦分離部材を有する流路管を設けた流体の流量測定装置において、 前記流路管と一体に形成されかつ一対の圧力チャンバーを形成した外部センサ ーハウジングと、 前記圧力チャンバー内の差圧変動に応答する前記ハウジング内のダイヤフラム 装置と、 前記ダイヤフラム装置を介して伝達された圧力変動に応答して対応した流体流 量測定信号を発生させるセンサー部材とを備え、 前記渦分離部材に隣接して穴を設けた前記流路管の壁部に、並んだ大面積の一 対のインパルスポートを形成し、これらインパルスポートで前記渦によって発生 させられる差圧変動を受容してそれぞれが前記圧力チャンバーと直接連通するこ とにより前記渦の圧力エネルギーを前記圧力チャンバー内に過剰な減衰をさせる ことなく伝達することを特徴とする。

【００１０】

【作用】

従って、本考案に係る流量測定装置は、大面積の一対のインパルスポートを介 して圧力チャンバー内の渦誘導による圧力変動に応答し流路管内の渦の分離に相 当する強力なパルスを発展し広範囲にわたる流量及び条件において正確な流量測 定信号を作り出し、さまざまな条件の下で正確な測定ができ、しかも適度のコス トで製作できる。

【００１１】

【実施例】

図１に本考案による流量計を斜視図示している。図２及び図３も参照すると、 流量計は基本的には直径２．５４cm（１″）の小径流路管１０を有し、この管は 垂直状の渦分離部材１２及び外部センサーハウジング１４と一体に形成されてい る。渦分離部材は図５の点線に示す如くほぼＴ字型横断面をもつ細長いバー状部 材である。この「Ｔ」のトップは接近する流体に面する表面１６を形成し、バー の残余は下流側に延びる後部弓状部１８よりなっている。（この一般タイプの渦 分離ボディの詳細特徴は１９７８年４月２５日キュランその他に付与された米国 特許第４，０８５，６１４号に記載されている） 流路管１０にはその両端に装着フランジ２０，２２が保持されている。以下詳 述するもこれらのフランジはボルト２４及びガスケット２６によりモニターすべ き流体の流れ装置系の一部を形成する対応フランジ２８，３０に取付けられるよ うになっている。

【００１２】 次に、図３において、流路管１０のトップ壁は渦分離バー１２の上端近くの２ 個所３２，３４で孔明けされており、２つの大面積のインパルスポートを形成し ている。又、図６において、これらの孔は横断面より見て円の等面積弓状部ほぼ 半円形をしている。この弓状部の弦部３６，３８の上流部分は後部弓状部１８（ 図６の面上に突起して）のそれぞれの側面にそい対称状にかつこれと平行におか れ、残りの弦部分は後部弓状部の端部を超えて更に下流側に僅かな距離延びてい る。好適実施例における弓状弦部は長さが約１．５８cm（ 5／8 ″）でそれぞれ の弓状部の高さは約０．１８cm（ 3／16″）である。

【００１３】 再び図３において、インパルスポート３２，３４は対応する対になった圧力チ ャンバー４０，４２の下端を画成しチャンバーは流路管１０より上方にかなりの 距離にわたりに延びセンサーハウジング内に形成されている。これらの圧力チャ ンバーは上端をシールされている。図５に示すように、これらの圧力チャンバー の横断面形状ならびに寸法はインパルスポートの形状及び寸法と同じで、本例の 場合円のほぼ半円形の弓状部である。

【００１４】 圧力チャンバー４０，４２の間にセンサーボディ４４（図４も参照のこと）が 取付けられている。このボディは形状がほぼ矩形であり、圧力チャンバー４０， ４２にそれぞれ面した可撓性の金属製ダイヤフラム４６，４８が取付けられてい る。これらのダイヤフラムは油充満のシールを施した空所を形成するカプセルの 側壁を形成している。この空所内に圧電クリスタル（図示省略）が取付けられダ イヤフラムに加わる差圧信号に応答して電気信号を発生する。

【００１５】 垂直状のバー形部材１２を通過する流体の流れにより周知の如く、流体の流れ と共に走行する２つのほぼ平行な列をなす均等間隔なるも食い違いの組の渦の分 離が行われる。これらの渦はインパルスポート３２，３４近くで強力な圧力パル スを展開することが判明している。このような圧力パルスはポートを通過し圧力 チャンバー４０，４２により画成された行きづまり領域に直接導かれ、そこで差 圧パルスとして交互に可撓性ダイヤフラム４６，４８に加えられる。

【００１６】 これらの差圧パルスはセンサーボディ４４にある圧電クリスタルに加えられ、 このクリスタルは対応する電気信号を発信する。この電気信号は、上述のキュラ ンその他の特許に記載の如くクリスタルの側壁上の普通の電極によりピックアッ プされセンサーの外部の同軸ケーブル５０に導かれる。このケーブルは、産業プ ロセス計装装置系に使用できるようになった測定信号を周知の如く発生するよう 働く適宜エレクトロニック信号調整回路（図示省略）に通じている。

【００１７】 圧電クリスタルにより得られる信号は、比較的に述べると又特に組込まれたさ まざまな流量計部材の小寸法から考えて全く強烈である。かかる強烈な信号は、 ダイヤフラム４６，４８において強力な圧力パルスが発展するという事実に帰因 する。これは大きい横断面積をもつインパルスポート３２，３４の設置ならびに 圧力チャンバー４０，４２のための同じ横断面積の使用に一部帰因している。更 に、インパルスポートとダイヤフラム４６，４８との間にきわめて短い距離を形 成する設計特徴により改良が行われる。好適実施例において、インパルスポート とセンサーボディ４４の底部との間のへだたりはできる限り小さく、例えば流路 管壁片５２の厚みは僅か０．２５cm（０．１″）程又はそれ以上である。

【００１８】 再び図５を参照すると、センサーハウジング１４は鋳造時に全体として５３で 示す凹所が形成されている。前記凹所５３は横断面がほぼ円形であるが、センサ ーボディ４４が嵌合される長方形区画部が同時に形成されている。このセンサー ボディ４４は必要部材付ユニットで、差圧パルスを検知しかつそれに対応した電 気信号パルスを発生させるために必要なすべての部材を含む。本流量計構造の重 要な利点は保守および修理作業のために、センサーボディ４４が容易に取外すこ とができることである。

【００１９】 さらに図４を参照すると、センサーボディ４４にＵ字形ガスケット５６を支持 するみぞ５４が、２個の側縁部および底縁部に沿って形成されている。このガス ケット５６により２個の圧力チャンバー４０，４２間相互で効果的に圧力的絶縁 がなされ、センサーボディ４４の各縁部のまわりで発生する漏れによる圧力パル ス強さの損失を防止する。

【００２０】 センサーボディ４４の上方部分に、段差付取付具６０を支持する円形シールプ レート５８が固定されている。前記圧電結晶体から出る電気信号を同軸ケーブル ５０に伝達するために使用される連続部材（図示せず）を保護するための剛性チ ューブ６２がこの段差付取付具６０に溶接で連結される。円形ガスケット７０（ 図３）が前記円形シールプレート５８とセンサーハウジング１４の上方シール面 ７２との間に配置されている。前記上方シール面７２に向けてシールプレート５ ８および円形ガスケット７０に相当な押圧力を加えるために、円形シールプレー ト５８の上に接して長方形取付板７４がボルト止めされて圧力チャンバー４０， ４２の上端部からの計量流体密封を確保する。前記長方形取付板７４はまた流量 計の電子部材（図示せず）を支持する支柱７６を有する。

【００２１】 特に非常に効果的密封を確保するために、ガスケット７０の構造は、図７およ び図８に示すものが好ましいことが判った。このガスケット７０は例えばステン レス鋼のような金属製で、かつ深さが０．３０mm〜２．０３２mm（０．０１２″ 〜０．０８″）、好ましくは０．３８mm（０．０１５″）の深さの別々の円形Ｖ みぞ７８がその頂面と底面とに刻まれている。外方頂点間でみた前記Ｖみぞ７８ の幅は約０．３６mm〜０．５６mm（０．０１４″〜０．０２２″）であってもよ い。ガスケット７０の頂面および底面（即ちＶみぞ）は、例えばＶみぞ７８深さ の２０％以下の厚さの、テフロンの極薄コーティング８０で被覆されている。図 示した実施例では好ましくは０．０２５mm〜０．０５１mm（０．００１″〜０． ００２″）の厚さを有する。

【００２２】 長方形取付板７２にシール圧力が加えられると、Ｖみぞ７８の鋭いエッジをし た尖端部は隣接する金属表面に切り込む。十分な力が加えられると、Ｖみぞ７８ の前記尖端部は図で示すと図９の８２のように幾分押しつぶされるであろう。例 えば最初のＶみぞ深さ０．３８mm（０．０１５″）は０．３０mm（０．０１２″ ）程度までまたはそれ以下まで減少させられることができる。

【００２３】 かかる押しつぶし作用があるときは、テフロンコーティング８０はＶみぞ７８ の残余の部分にその幾分かが再配置されるであろう。前記隣接する金属表面に半 径方向掻き傷またはツールマーク８４のような半径方向不足部分があるときは、 前記Ｖみぞ尖端部上のテフロンコーティング８０は、隣接する金属部分と係合す るようにかかる半径方向不足部分（８６で示すような）内に延在することができ る。半径方向クラックまたは割れ目をこのようにして密封することにより、計量 流体が圧力チャンバー４０，４２から外部に漏れることを効果的に防止するであ ろう。

【００２４】 ガスケット７０の金属材料は、前記計量流体と適合させて選択的に選定できる 。多数の尖端部の巻き（実施例では５個）は密封をより強化する多数の絶縁障壁 装置を形成する。テフロン樹脂は殆どすべての化学薬品および溶剤に対する耐性 を有するので好ましい。本発明に基づくガスケットは、従来品ガスケットのテス トでは破損が起きたような、１６１ kgf／cm² （２３００psi ）の圧力において 、室温でのみならず温度サイクル（９．９℃から２０４℃まで即ち５０°Ｆから ４００°Ｆまで）の後においても有効な密封を保ちうることが判った。

【００２５】 このガスケット構造は、ガスケットが最初に取付けられた時またはそれが取替 えられた時に、ツールマークまたは不適当な取扱いによって発生させられた表面 のきずをプラスチックコーティング（好ましくはテフロン）が密封することがで きる点において特に有用である。前記Ｖみぞ尖端部の巻きはシール圧力が加えら れた後においても、隣接する部分のシール表面に何の損傷も与えることはない。

【００２６】 ある種の形式の計量流体を軽量する時に、腐食等に対して高度の耐性を有する ハステロイメタルのみと接触するように計量流体が導入されることが重要である 。このためにいままでは軽量する流路管およびその端部フランジは、全部がハス テロイで作られていた。しかしながらハステロイは非常に高価であるが故にこの やり方は十分満足できるものではなかった。この問題は本考案によって解決され た。

【００２７】 再度図１および図２を参照して詳細すると、本考案の実施例では流路管１０は ハステロイ（ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）で作られているが、これに対して主フランジ ボディ９０（即ちボルト２４が貫通する部分）はステンレス鋼またはその他のハ ステロイよりより安価な材料で作られている。耐腐食性の要求に合致させるよう に、ハステロイ製のほぼ円形リング９２が主フランジボディ９０の外方端部と流 路管１０とに溶接で固着されている。このハステロイリング９２は流路管１０開 口部を取囲み、かつ第２図で示すように流路管端部とわずかに重なり合う。そこ で計量流体はハステロイとのみ接触するが、しかしながら各フランジの大部分は 相対的に安価な材料で作られているので、コストは相当に減少させられる。図示 の実施例では、ハステロイリング９２はフランジのための***した表面を形成し 、かつ監視さるべき流体流システムのハステロイフランジ２８，３０の対応した ***した表面９４と合致するようにされている。

【００２８】

【考案の効果】

以上の説明から明らかな通り、本考案の構成によれば、ほぼ直線状の出力特性 を有する正確な流量測定ができ、一個の寸法のセンサーボディは一連の流路管寸 法のものに、例えば２５．４mmまたは３８．１mm（１″または１．５″）の流路 管にセンサーボディ寸法を変えることなく使用でき、大面積インパルスポートが 、強い圧力パルスを確保させ、かつ前記ポートまたは関連配置された圧力チャン バー内に内蔵されるに至った空気泡等があっても直ちに自浄し、センサー部材が 発生する信号は適度に強力で最終測定出力信号に展開する従来技術で使用できる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案により作られた流量計の斜視図。

【図２】図１の線２−２による垂直断面図。

【図３】図１の線３−３による横断面図。

【図４】センサーボディの斜視図。

【図５】図２の線５−５による水平断面図。

【図６】図２の線６−６による水平断面図。

【図７】流量計に用いたシールガスケットの平面図。

【図８】図７のガスケットの横断面図。

【図９】シール圧を加えた後における図７のガスケット
の横断面図。

【符号の説明】

１０ 小径流路管 １２ 渦分離部材 １４ 外部センサーハウジング ３２ インパルスポート ３４ インパルスポート ４０ 圧力チャンバー ４２ 圧力チャンバー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体流量に対応した比率で渦を発生させ
   る渦分離部材（１２）を有する流路管（１０）を設けた
   流体の流量測定装置において、 前記流路管と一体に形成されかつ一対の圧力チャンバー
   （４０，４２）を形成した外部センサーハウジング（１
   ４）と、 前記圧力チャンバー内の差圧変動に応答する前記ハウジ
   ング内のダイヤフラム装置（４６，４８）と、 前記ダイヤフラム装置を介して伝達された圧力変動に応
   答して対応した流体流量測定信号を発生させるセンサー
   部材とを備え、 前記渦分離部材（１２）に隣接して穴を設けた前記流路
   管（１０）の壁部に、並んだ大面積の一対のインパルス
   ポート（３２，３４）を形成し、これらインパルスポー
   トで前記渦によって発生させられる差圧変動を受容して
   それぞれが前記圧力チャンバーと直接連通することによ
   り前記渦の圧力エネルギーを前記圧力チャンバー内に過
   剰な減衰をさせることなく伝達することを特徴とする流
   量測定装置。