JP2000507706A - 拡大した流量測定範囲を有する質量流量トランスデューサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一次的流体流路（１４）と、該一次的流路と平行で且つ該流路と流体連通した多数の二次的流路（１６）との内部に単一の層状流要素（２４）を有する多数通路の質量流量トランスデューサ（１０）である。二次的流路内を流動する流体の温度の関数として一次的流路内の対応する流量を測定し得るように電気回路（１８）が多数の二次的流路の各々に結合されている。二次的流路の各々に結合された回路（１８）は、対応する二次的流路内の流体と熱連通した少なくとも１つの温度応答型要素（２０）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 拡大した流量測定範囲を有する質量流量トランスデューサ発明の分野 本発明は、全体として、導管内の流体を測定する質量流量トランスデューサ（ mass flow transducer）に関する。より具体的には、本発明は、比較的広い流量 範囲に亙って流体の流量を測定することのできる質量流量トランスデューサに関 する。発明の背景 質量流量トランスデューサは、典型的に、導管を流れる流体の流量を測定する ために使用される。流体導管と熱連通した１つ以上の温度感知型抵抗要素を採用 し、また、電気的な出力信号を提供する熱質量流量トランスデューサは公知であ る。かかるトランスデューサは、層状流路を通って流路の壁から流れる流体（す なわち、液体又は気体）への熱伝達量は、流体と通路壁との間の温度差、流体の 比熱及び通路内の流体の質量流量の比較的簡単な関数であるという原理に基づい て作動する。流体の比熱は、圧力又は温度に伴って著しくは変化しないから、特 定の流体に対して較正された熱質量流量トランスデューサは、広範囲の作動状態 に亙って正確な質量流量の測定値を提供する。 このため、熱質量流量トランスデューサは、１つ以上の加熱要素を有している 。この加熱要素は、通常、毛管寸法の断面を有し、センサ管と称されることもあ る、細い層状流動管内を流動する流体に対しエネルギを伝達する。該センサ管は 、流体を運び得るように主導管の上流及び下流位置とそれぞれ流体接続された入 口側及び出口側を有する毛管を典型的に含んでいる。この毛管は、該毛管を通る 流体が層状に流れることを確実にし得るようにする内側寸法を有している。最高 の設計流量（それ以上であれば、非層状の流れとなる）まで、主導管の迂回部分 を通る層状の流れを確実にし、毛管を流れる流体と迂回部分を流れる流体との比 は、測定可能な層状流の全流量範囲の全体に亙って常に一定にするため、センサ 管の入口側と出口側の間にて迂回又は層状流要素が典型的に、主導管内に配置さ れている。この比は、一部分、以下に、「ΔＰ特性」と称される、二次的流路に より提供される圧力差、すなわち圧力降下により決まる。不都合なことに、セン サ管 を通る流れを検出するために使用されるセンサが線形であるのは、センサ管及び 迂回部分の双方を通る層状の流れが実現される流量範囲よりも小さい流量範囲に おいてである。例えば、迂回要素を通る流量が50乃至500ｓｃｃｍの流量をそれ ぞれ提供し得るような設計とされたとき、センサが非線形となる、限界値である 、１標準ｃｍ³／分（ｓｃｃｍ）の最小流量、及び10ｓｃｃｍの最大流量の流量 範囲を提供し得るように毛管を設計することができる。このため、迂回部分内の 流量とセンサ管内の流量との測定値の比は、約50ｓｃｃｍと約500ｓｃｃｍとの 間の線形の測定範囲に亙って50：１であり、従って、この範囲にセンサを較正す ることができる。しかしながら、迂回要素は、15,000ｓｃｃｍ以内まで層状の流 れを保つことができる。このように、例えば、差ΔＰの特性を有する別のセンサ 管を使用するならば、センサ管の線形の測定範囲は、センサ管を流れる流量範囲 が１ｓｃｃｍ乃至10ｓｃｃｍの範囲にあり、これに対応して流量が500ｓｃｃｍ 乃至5000ｓｃｃｍの範囲となる範囲にあり、その結果、測定値の比は500対１と なる。このように、センサの線形の範囲内にある流量の全範囲に亙ってこの比は 一定であるが、実際の比は、設計の選択によって異なり、トランスデューサの線 形範囲を決めることになる。 毛管に対してエネルギを提供するために使用される加熱要素又は熱要素は、通 常、抵抗が大きく且つ温度抵抗係数が大きい金属合金にて製造されている。管内 の流体の流れを妨害することなく流体に対し且つ流体からの効率的な熱伝導を行 うことができるように、これらの要素はセンサの外側に緊密に巻かれている。温 度抵抗係数が大きいことは、これらの加熱要素が管の温度を検出し、及び管並び にその管内を流れる流体を加熱するのに極めて優れた装置となり、また、これら の加熱要素は、この二重の機能のために採用されることがしばしばである。かか る加熱要素は、例えば、エウィグ（Ewing）への米国特許第4,464,932号、及びイ ソダ（Isoda）への米国特許第4,984,460号に記載されている。 センサ管と熱連通した１つ以上の熱要素を使用する質量流量トランスデューサ は公知である。一般に、熱要素は、センサ管を通って流れる気体の温度勾配を測 定する。該熱要素は、上述した熱抵抗要素に加えて標準型の抵抗要素を含む電気 的ブリッジ回路の一部を形成する。導管を流れる流体は、下流の要素に対して上 流の抵抗要素を冷却し、抵抗値を変化させる。この抵抗値の変化は、ブリッジ回 路の電圧に影響を与える。電圧差、従って、質量流量を表す電気信号が発生され る。この信号は、例えば、導管を流れる流体の流量を調節し得るように弁を制御 するために使用することができる。しかしながら、上述したように、この信号は 線形であり、所定の流量範囲に亙ってのみセンサ管内の質量流量に関係している 。 流体の流量が著しく、すなわち任意の単一のトランスデューサによって提供さ れる範囲よりも広く変化する流体流の適用例において、流体管内に幾つかの質量 流量トランスデューサを採用し、そのトランスデューサの各々が流体の質量流量 を測定するため、それ自体の流量測定範囲を有するようにする必要があることが しばしばである。流体の流動装置内の構成要素に対するスペースは極めて狭いこ とがしばしばであるため、その付属的な個々の制御装置と共に、幾つかの質量流 量トランスデューサを使用することはコスト高となり、大形となって、実用不能 となることがしばしばである。 このため、拡大した流量範囲に亙って流体の流量を測定することのできる単一 の質量流量トランスデューサを提供することが有利であろう。発明の目的 このため、本発明の全体的な目的は、従来技術の上述した不利益な点を軽減し 、又は実質的に解消することである。 本発明のより具体的な目的は、上述した従来技術のトランスデューサによって 測定される範囲よりも比較的広い範囲の質量流量に亙って流体の流量を測定し、 従って、従来技術の質量流量トランスデューサよりもより汎用的である、単一の 質量流量トランスデューサを提供することである。 本発明の別の目的は、単一の一次的流路と平行で且つ流体連通した多数の二次 的な流体流量センサ路を採用する質量流量トランスデューサを提供することであ る。 本発明の更に別の目的は、二次的な流体流量センサ路の各々が独自の流体流量 の測定範囲と関連付けられた質量流量トランスデューサを提供することである。 本発明の更に別の目的は、二次的な流体流量流れセンサ路の各々が特定の流量 の測定範囲に対応し、異なる流量範囲が比較的広範囲の流量に亙って連続的又は 不連続的であるようにする、質量流量トランスデューサを提供することである。 本発明の更に別の目的は、二次的な流体流量センサ路の各々における流量の測 定範囲が、二次的流路の１つ以上内に流れ制限要素を使用することにより、更に 改変することができる、質量流量トランスデューサを提供することである。発明の概要 本発明の上記及びその他の目的は、トランスデューサを通る流体の流量を測定 する質量流量トランスデューサによって達成される。このトランスデューサは、 ハウジングと、一次的流体流路、好ましくは迂回路を画成する手段と、一次的（ 迂回）流体流路と流体接続する、少なくとも２つの別個の二次的流体流路、好ま しくは双方のセンサ路を画成する手段とを備えている。二次的流体流路の各々は 、一次的流体流路に対してトランスデューサを通る流体の流量の異なる測定可能 な範囲を提供し得る設計とされている。具体的には、二次的流体流路の各々は、 一次的流体流路に対して、測定可能な流量の異なる比を提供し得る設計とされて いる。このことは、例えば、以下に説明するように、異なる長さ、異なる内側寸 法を提供し、又は流れの制限要素を提供することにより、二次的流体流路の各々 に対して一次的流路に対してΔＰの特性の異なる二次的流体流路を提供すること により画成されることが好ましい。対応する流量範囲の全体に亙って、好ましく は、二次的流路の各々内を流動する流体の温度を関数として、流体流量を測定す る測定回路がこの二次的流路の各々に結合されている。 一次的流体流路内の流れ制御（迂回）要素は、その内部にて略層状の流体流を 提供する。この層状流要素は、一次的流路内にて少なくとも１つの層状流通路を 画成する。１つの実施の形態において、層状流通路は、該要素の周囲における円 筒状の流路の形態をしている。別の実施の形態において、ら旋状の層状流路が形 成される。また、その他の層状流通路の形態も可能である。 二次的流路の各々は、流量の異なる測定範囲に対応する。１つの実施の形態に おいて、二次的流路の流量範囲は、連続的であり、このため、これらの流路は、 トランスデューサによって測定することのできる拡張した、連続的な流量範囲を 提供する。別の実施の形態において、二次的流路の流量範囲は不連続的であり、 従って重なり合うことはない。 更に、例えば、二次的流路の流路の長さを異なるようにし、各流路の長さが一 次的流路内の流体の流れに対して異なる流量範囲に対応するようにすることで一 次的流路に対する二次的流路のΔＰ特性を相違したものとすることができる。こ れと代替的に、又はこれに加えて、１つ以上の二次的流路のΔＰ特性は、それぞ れの流路内の流量を修正するため、その内部に少なくとも１つの流れ制限要素を 挿入することで修正することができ、一次的流路内の流体の流れに対して異なる 流量範囲を測定するために二次的流路の各々が使用されるようにすることができ る。後者の場合、流れ制限要素は、二次的流路内に配置された流体透過性部材で あることが好ましい。流れ制限要素がその内部に配置される二次的流路内の流量 範囲は、その流路内の１又は２以上の要素の流体不透過性の関数である。 １つの実施の形態において、二次的流路は、互いに対して平行となるように配 置されている。この場合、二次的流路の入口側は、一次的流路の同一の上流位置 に接続することができ、出口側は、一次的流路の同一の下流位置に接続し且つ／ 又は二次的流路の各々の少なくとも一部分は、一次的流路の同一の部分に対して 平行に配置される。別の実施の形態において、二次的流路は、次のように順次に 、配置される。すなわち、一次的流路に対して平行な二次的流路の各々の部分が 一次的流路の異なる部分に対して平行に配置され、このため、１つの二次的流路 の入口側及び出口側は、別の二次的流路の入口側及び出口側から下流の位置に配 置されるようにする。 また、トランスデューサ内の流量を測定する手段も設けられることが好ましい 。この測定手段は、二次的流路内の流量を測定するためこの流路の各々と関連付 けられた手段を含むことが好ましい。この測定手段は、対応する二次的流路内を 流動する流体と熱連通し且つその流路内の流体の温度を測定する、少なくとも１ つの温度応答型要素を有することが好ましい。二次的流路の各々内の流体の流量 は、当該流路内の流体の温度の関数である。また、この測定手段は、対応する流 路を流れる流体の流量を表す信号を発生させる手段も備えている。この信号は、 一次的流路と二次的な流路を流れる合計流量に比例する、二次的流路内の流体の 流れの測定温度の関数であり且つこの温度に応答する。 本発明の別の形態によれば、一次的流体流路と、該一次的流体流路と平行で且 該一次的流体流路と流体連通する状態に配置された少なくとも１つの二次的流路 とを備える質量流量トランスデューサが提供される。二次的流路と関連付けられ た流量範囲内における一次的流路内の流体の流れは、一次的流路内の流量に対し て且つ該流量の関数として変化する量にて二次的流路内の流量を設定する。この 質量流量トランスデューサは、一次的及び二次的流路と関連付けられた範囲の流 量を設定する１つ以上の流れ抵抗要素を更に備えている。該トランスデューサが 少なくとも２つの二次的流体流路を有する場合、この流れ抵抗要素は、一次的流 路に対する二次的流路のΔＰ特性を修正し得るように二次的流路の少なくとも１ つに配置された流体透過性部材である。 本発明の上記及びその他の目的並びに有利な点は、以下の説明から一部分明ら かになるであろう。従って、本発明は、以下の詳細な開示に例示された要素の構 造、組み合わせ及び部品の配置を持つ装置を備えている。本発明の範囲は、請求 の範囲に示してある。図面の簡単な説明 本発明の性質及び目的をより完全に理解するため、添付図面と共に、以下の詳 細な説明を参照すべきである。 図１は、本発明の１つの形態による質量流量トランスデューサの端面図である 。 図２は、一次的流体流路と該一次的流体流路と平行な二次的流体流路とを示す 、線II−IIに沿った、図１の質量流量トランスデューサの側面断面図である。 図３は、一次的流路と平行状態にその内部に配置された一対の流れ制限要素を 含む、別の二次的流体流路を示す、本発明の１つの形態に従って改変された、線 III−IIIの断面に沿った、図１のトランスデューサの側面断面図である。 図４Ａ乃至図４Ｅは、本発明にて有用な層状流要素の種々の実施の形態の斜視 図である。 図５は、２つの二次的流路が等しくない経路長さを有する、本発明の少なくと も１つの他の形態に従って改変された、質量流量トランスデューサの側面断面図 である。 図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、図３に示した流れ制限要素の斜視図及び断面 図である。 図７は、２つの二次的流路が連続的に配置された、本発明の更に別の目的に従 って改変された質量流量トランスデューサの側面断面図である。 図８は、本発明の原理に従って製造された装置のΔＰ特性を示すため、本発明 の質量流量トランスデューサの概略図であり、一次的流体流路Ｐ及び多数の二次 的流路Ｓは、互いに且つ一次的に流路Ｐと平行に配置されており、また、二次的 流路の各々が該流路に対する特定の流量範囲を画成する流れ抵抗Ｒと関係付けら れている。図面の詳細な説明 本発明の質量流量トランスデューサは、単一の一次的流体流路と、該一次的流 体流路と平行な少なくとも２つの二次的流体流路とを備えており、このため、ト ランスデューサを通って流動する流体は、これらの一次的流体流路及び二次的流 体流路を通って流動する流体の混合体となる。一次的流路内の流体の流れは、そ れぞれの二次的流路の流量の測定範囲に亙って測定することができる。二次的流 路のΔＰ特性は互いに相違することが好ましい。例えば、トランスデューサの流 量の測定制限範囲を拡大し得るようにするため、二次的流路の１つ以上に流れ制 限要素を使用し、及び／又はセンサ管の内側寸法が相違し及び／又は二次的流路 の通路長さが相違するようにすることができる。このようにして、極めてコンパ クトな単一の流量測定装置を使用して、上述したように単一の一次的流路及び単 一の二次的流路を使用するトランスデューサにより可能であるようり比較的広範 囲の流量を測定することができる。 質量流量トランスデューサの１つの好適な実施の形態は、図１に参照番号１０ で示してあり、また、図２及び図３により詳細に示してある。該トランスデュー サ１０は、図２及び図３に矢印１４ａで示すように一次的流体流路１４を画成す るハウジング１２と、図２に矢印１６ａで、また図３に矢印１６ｂで示すように 、少なくとも２つの二次的流路１６を画成するハウジング１２を備えている。図 ２及び図３に最も良く示すように、二次的流路１６の各々の一次的部分は一次的 流路１４と平行であり且つ該一次的流路と流体連通している。この二次的流路は 、全体として互いに平行である。 該ハウジング１２は、全体としてコンパクトな寸法であり、典型的に約25.4ｍ ｍ×25.4ｍｍ×長さ50.8ｍｍ（１”×１”×長さ２”）の寸法を有する。一次的 流路１４は、該流路を通って流動する流体を受け入れ得る任意の形状及び寸法と することができるが、全体として円筒状である。 二次的流路１６の各々は、該流路と関係付けられた測定回路１８の一部分を有 している。所定の流量範囲に対して、該測定回路１８は、二次的流路の各々の内 部を流動する流体の温度を測定し、これにより、以下により詳細に説明するよう に、一次的流路１４及び二次的流路１６を流れる流体の流量を判断する。該測定 回路１８は、二次的流体流路１６に結合されており、このため、二次的流路内を 流動する流体の温度変化は、二次的流路１６を画成するセンサ管２２の外側の周 りに巻かれた１つ以上の熱要素２０によって検出される。また、該熱要素は、か かる温度変化に応答してセンサ管内の流体に熱を加える。 測定回路１８は、典型的に、二次的流路の各１つと関連付けられた電気ブリッ ジ回路である。該ブリッジ回路は、典型的に、少なくとも１つの温度感知型抵抗 要素２０を備えており、好ましくは、かかる要素を２つ以上備え、該要素は、対 応するセンサ管２２の周りに巻かれて且つそれぞれの二次的流路内の流体と熱連 通している。所定の二次的流路内の流体の温度は、該流路と関連付けられた１つ 又は２つ以上の温度感知型抵抗要素により検出され、該１つ又は２つ以上の温度 感知型抵抗要素の抵抗値の変化が該流路を流れる流体の流量を表示する。該流路 を流れる流体の流量を示す電気信号がブリッジ回路によって発生される。該信号 は、温度感知型抵抗要素により測定された流体の温度に対して且つ該温度の関数 として変化する。典型的に、この信号は、流体の温度の直線的な関数として変化 するが、制限された流量範囲に対してのみ変化する。 一次的流路内に略層状の流れを提供し、これにより該流路１４が迂回路として 機能するように、層状流要素２４が一次的流路１４内に配置されている。層状流 は、流体の全ての速度及び圧力が流れの断面に亙って十分に規定されたプロファ イルを有するように、平滑で且つ安定的な流体流として規定される。これと対照 的に、乱流は、局部的な流体速度及び圧力が流れの断面に亙って不規則に変動す る動揺した流体流として規定される。流動する流体は、レイノルズ数として公知 である、無単位の数により特徴付けることができる。このレイノルズ数は、流体 の密度、その速度、及び特徴的な流路の長さの積と流体の粘度との比として表さ れる。ある流体のレイノルズ数は、層状流の場合、典型的に、約2000以下であり 、乱流の場合、約3000以上である。本発明のトランスデューサにおいて、層状流 要素２４は、一次的流路内に層状流のみが発生され、また、測定流路の長さに亙 る流体の質量流量と圧力降下との関係が直線状であることを確実にし得るように 選択される。 層状流要素２４は、一次的流路１４内に少なくとも１つの層状流通路２６を画 成する。層状流要素の直径及び形態に差があれば、異なる層状流の流量範囲が発 生される。図４Ａ乃至図４Ｅにより詳細に示すように、層状流要素は、多岐に亙 る形状及び形態とすることができ、その全ては、一次的流路内に１つ以上の層状 流通路を提供し得るように設計される。図４Ａにおいて、略円筒状の層状流要素 ２４’は、該要素の少なくとも一側部に沿って伸長する平坦部分２８を有してい る。図１に図示するような円筒状の層状流要素をその内部に配置することのでき る略円筒状の流路を画成するハウジングにおいて、層状流要素の周囲に形成され た層状流通路は、平坦部分２８の領域内にて多少、より厚い部分を有する環状体 となる。図４Ｂにおいて、星形断面を有する層状流要素２４’は、該要素の溝３ ０内に複数の層状流通路を形成する。図４Ｃに図示するように、該要素の周りに 巻かれたら旋状の通路３２を有するら旋状の流路を層状流要素の周りに形成する ことができる。図４Ｄには、図４Ｂの星形の流れ要素の１つの変形例が示してあ る。この場合、層状流れ通路３４は、比較的大きい断面積を有する。図４Ｅには 、図４Ｄに図示したものと同様の層状流要素が示してある。通路３４は、該要素 の外側に沿って伸長し、該流動要素の周りに層状流を提供する一方、内部通路３ ６は、該要素を通じて略層状の流体流も提供する。 二次的流路１６の各々は、回路１８が線形に応答する、トランスデューサ内を 流動する流体の特定の流量範囲に対応する。相違する範囲は、連続的とし、又は 重なり合うものとし、このため、それぞれの二次的流路の個々の範囲により画定 されるトランスデューサの全体的な測定範囲は、連続的で中断しない流量の測定 値の範囲となる。これと代替的に、この二次的流路は互いに重なり合わない個々 の流量範囲を画成するようにしてもよく、この場合、トランスデューサの全体的 な測定範囲が別個の流量範囲を画成し、この流量範囲にて測定回路１８は測定し た温度の線形関数となる。 別の実施の形態において、二次的流路１６のΔＰ特性は、図５に示すように、 それらの流路の長さを等しくないように形成することにより相違させることがで きる。二次的流路Ａ、Ｂは、一次的流路内を流動する同一の流体に対して露出さ れる。しかしながら、図５の頂部の第二の流路Ａは、流体の種類、流路内のその 速度、流路の長さ（点１、２間の距離）、及び流路に沿った圧力降下に依存する 、１つの特定の流量範囲と関連付けられる。図面の下部における二次的流路Ｂは 、異なる流量範囲と関連付けられる。その理由は、点３、４間におけるその流路 の長さは二次的流路Ａの長さよりも実質的に短いからである。その結果、一次的 流路１４内の所定の流体流に対して、それぞれの二次的流路に沿った圧力降下は 異なり、このため、図示した二次的流路Ａ、Ｂ内の流量の測定値の範囲は相違し たものとなる。 更に別の実施の形態において、該トランスデューサ１０は、二次的流路１６の １つ以上内の流体の流量を修正する手段を含めることができる。このため、二次 的流路のΔＰ特性が相違し、該トランスデューサの流量の測定性能の制限範囲が 拡大されるようにする。例えば、該トランスデューサは、図２及び図３に図示す るように、二次的流路の各々がその他の二次的流路の長さに等しいような形態と することができる。その各々は、毛管寸法の内径が異なる形態のものとすること ができる。これと代替的に、二次的流路内の流量は、図３により詳細に示すよう に、二次的流路の少なくとも１つ内に流れ制限要素３８を使用することにより修 正することができる。該流れ制限要素３８は、例えば、スクリーン又はその他の 多孔質の部材のような流体透過性部材とすることができる。この部材は、流路内 を流動する流体が同様に多孔質の部材を通って流動するように流体流路内に配置 される。該流れ制限要素３８は、全体として、流路内に確実に嵌まり得る設計と されており、また、該要素を流れ通路内に圧力嵌めすることにより取り付けるこ とができる。この流れ制限要素は、一次的流路又は二次的流路の何れかに取り付 けることができることを認識すべきである。層状流れ要素に代えて、流れ制限要 素を使用することにより、一次的流路内に層状流を発生させることができる。 流れ制限要素３８の１つの好適な実施の形態が図６に図示されており、モット ・メタルロジカル・コーポレーション・インダストリアル・ディビション（Mott Metallurgical Corporation，Industrial Division）（コネチカット州、ファ ーミングトン）から得ることができる。これらの流れ制限要素は、標準型のふる い内に組み付けられた焼結金属の合金プラグで形成されている。この組立体は、 典型的に、ステンレス鋼にて製造されている。 特定の二次的流路１６内の流れ制限要素３８は、該流路内の流体の流れに対す る抵抗として機能する。従って、この要素は、その抵抗値に比例する電圧降下を 生じさせる、電気回路内の電気抵抗と同様である。電気回路内におけると同様に 、二次的流路１６内を流動する全ての流体は、該流路内の１つ又は２つ以上の流 れ制限要素３８を通って流動する。この要素における圧力降下、すなわち、その ΔＰ特性、従って、流れ制限要素が配置された二次的流路の流体の流量範囲は、 該要素の流体透過性の関数である。例えば、図３に示すように、スペースが許す 範囲において、当該流路内の流体の流れに対する抵抗を大きくし、これにより、 トランスデューサの流体の流量測定範囲を更に拡大し得るように、多数の流れ制 限要素を単一の流路内に取り付けることができることに留意すべきである。 図１及び図５に図示するように、二次的流路１６は、一次的流路１４と平行で あることに加えて、互いに平行に配置されることが好ましい。これと代替的に、 この二次的流路１６は、互いに連続的に且つ一次的流路１４に対して平行に配置 し、二次的流路の各々が、図７に最も良く図示するように、一次的流路の特定部 分と平行で且つ該特定部分と流体連通するようにしてもよい。 図８は、本発明の質量流量トランスデューサの概略図である。図２及び図３に 部品１６として示した、複数の二次的流路Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_nは、図２及び 図３に部品１４として示した、一次的流路Ｐと平行に配置されている。二次的流 路の各々には、Ｒ₁、Ｒ₂、・・・、Ｒ_nとして示した、流体流に対する特徴的な 抵抗が関連付けられており、これらの抵抗は、１つ以上の二次的流路内に配置さ れた１つ以上の流れ制限要素３８により提供される。１つの電気回路におけると 同様に、節部分１、２における流体流は、各通路内の抵抗Ｒに反比例して平 行な二次的流路Ｓの各々に分岐する。多数の平行な二次的流路Ｓは、特徴的な流 量の範囲を有する多数の流量測定通路を設定する。１つ以上の二次的流路内に１ つ以上の流れ制限要素を使用すれば、流体管内に追加のトランスデューサを必要 とせずに、トランスデューサの流量の測定範囲を更に拡張することが可能となる 。単一のトランスデューサは、そのトランスデューサを使用して比較的広い測定 範囲に亙って流体流を測定することができるから、極めて汎用的なものとなる。 例えば、本発明の多数通路型トランスデューサは、単一の層状流要素２４を含ん でいる。この要素２４は、一次的流体路内の所望の流量の範囲に依存して、約１ 乃至500ｓｃｃｍ以上の層状の流体流を提供する。例えば、500ｓｃｃｍの速度で 流動し且つレイノルズ数が約30の流体は、トランスデューサ内の「低」流量通路 によって、すなわち流体の流れに対する抵抗値が比較的小さく且つ約０乃至500 ｓｃｃｍの範囲の流体の流量が測定可能である、二次的流路によって測定するこ とができる。例えば、15,000ｓｃｃｍの速度にて流動し、約900のレイノルズ数 を有する流体は、「高」流量通路によって、すなわち、異なる二次的流路により 測定することができる。この二次的流路は、該二次的流路内に設けられた１つ以 上の流れ制限要素によって流体流に対する抵抗が比較的大きい。また、この二次 的流路は、約500乃至15,000ｓｃｃｍの範囲の流体流を測定することができる。 このように、本発明の設計を使用して単一のトランスデューサによって測定可能 である「高」流量と「低」流量との比は、この実施例において、30対１である。 特定の流体透過性を有する特定数の流れ制限要素を含むように二次的流路を設計 することにより、その他の「中間的な」流量通路を設定することができる。 本明細書に開示した本発明の範囲から逸脱せずに、上述の装置に特定の変更を 加えることができるから、上記の説明に、及び添付図面に示した全ての事項は、 一例であって、限定的な意味を有すると解釈すべきでないことを意図するもので ある。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年１月１２日（１９９８．１．１２） 【補正内容】 ３４条補正による請求の範囲 １．一次的流体流路内の流体の流量を測定する質量流量トランスデューサにお いて、 一次的流体流路を画成する手段を有するハウジング手段と、 前記ハウジングに結合されて、その各々が前記一次的流体流路内の対応し且つ 異なる測定可能な範囲の流体の流量に対する少なくとも２つの二次的流路を画成 する手段と、 前記二次的流路の各々が前記一次的流体流路と平行に且つ該一次的流体流路と 流体連通状態に配置され、 前記第二の流路の１つと関連付けられた流量の測定可能な範囲内にて前記一次 的流路内を流体が流れることにより、流体が前記一次的流路内の流量に対して且 つ該流量の関数としての量にて二次的流路内を流れるようにし、 前記二次的流路の各々に結合され、前記一次的流路内の流体の流量を各二次的 流路内を流動する流体の関数として、対応する流量範囲に亙って測定する手段を 備え、 少なくとも２つの二次的流路を画成する前記手段が、二次的流路の各々が前記 一次的な流体流路内の流体の異なる測定可能な流量範囲に対応し、前記トランス デューサにより測定可能な流量範囲を拡張し得るようにするため、二次的流路の 各々における流体の測定可能な流量範囲を画成する手段を含む、質量流量トラン スデューサ。 ２．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記一次的流体流 路を画成する前記手段が、略層状の流れとなるように前記一次的流路内の流体の 流れを制御する手段を備える、質量流量トランスデューサ。 ３．請求項２に記載の質量流量トランスデューサにおいて、略層状の流れとな るように前記一次的流路内の流体の流れを制御する前記手段が、前記一次的流路 内に配置された層状流要素を備える、質量流量トランスデューサ。 ４．請求項３に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記層状流要素が 、前記一次的流体流路内に少なくとも１つの層状流通路を発生させる手段を備え る、質量流量トランスデューサ。 ５．請求項３に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記層状流要素が 前記流れ要素の周囲に円筒状の層状流路を発生させる手段を備える、トランスデ ューサ。 ６．請求項３に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記層状流要素が 前記流れ要素の周囲にら旋状の層状流路を発生させる手段を備える、質量流量ト ランスデューサ。 ７．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、少なくとも２つの 二次的流路を画成する前記手段が、二次的流路の各々が前記一次的流路内の流体 の異なる流量範囲に対応するように前記流路を画成する手段を備え、少なくとも ２つの二次的流路により画成された全体範囲が、流量測定値の連続的な中断しな い範囲である、質量流量トランスデューサ。 ８．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、少なくとも２つの 二次的流路を画成する前記手段が、前記一次的流路内で異なる流体の流量範囲に 対応するように前記流路を画成する手段を備え、少なくとも２つの二次的流路に より画成された全体範囲が、一連の別個で且つ異なる流量測定値範囲であり、該 測定値範囲が不連続的で互いに分離し且つ互いに重なり合わないようにする、質 量流量トランスデューサ。 ９．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、少なくとも２つの 二次的流路を画成する前記手段が、二次的流路の各々が前記一次的流体流路内の 異なる流体の流量範囲内に対応するように前記二次的流路の各々に対して異なる 流路長さを画成する手段を備える、質量流量トランスデューサ。 １０．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、少なくとも２つの 二次的流路を画成する前記手段が、二次的流路の各々が前記一次的流体流路内の 流体の異なる流量範囲に対応するように前記二次的流路の少なくとも１つにおけ る流体の流量を修正する手段を備える、質量流量トランスデューサ。 １１．請求項１０に記載の質量流量トランスデューサにおいて、二次的流路を画 成する前記手段が、該二次的流路の各々に対して同一の流路長さを画成する手段 を備える、質量流量トランスデューサ。 １２．請求項１０に記載の質量流量トランスデューサにおいて、流体の流量を修 正する前記手段が、流れ制限手段を備える、質量流量トランスデューサ。 １３．請求項１２に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記流れ制限手 段が、前記二次的流路内に配置された少なくとも１つの流体透過性部材を備える 、質量流量トランスデューサ。 １４．請求項１３に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記流量範囲が 前記流体透過性部材の流体透過性の関数である、質量流量トランスデューサ。 １５．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記二次的流路が 互いに平行に配置される、質量流量トランスデューサ。 １６．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記二次的流路が 順次、配置され、前記二次的流路の各々が一次的流体流路内の特定の点と平行に 且つ該特定の点と流体連通状態に配置される、質量流量トランスデューサ。 １７．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、対応する流量範囲 の全体に亙って前記一次的流路内の流量を測定し得るように前記二次的流路の各 々に結合された前記手段が、前記二次的流路の各々と関連付けられた電気回路を 備え、該回路の各々が、対応する二次的流路内の流体と熱連通する少なくとも１ つの温度応答型要素を備え、 対応する二次的流路内の流体の流量が前記要素により測定された温度の関数で あり、 前記測定温度の関数として且つ該測定温度に応答して一次的流体流路内の流体 の流量を示す電気信号を提供する手段を備える、質量流量トランスデューサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一次的流体流路内の流体の流量を測定する質量流量トランスデューサにお いて、 一次的流体流路を画成する手段を有するハウジング手段と、 前記ハウジングに結合されて、その各々が前記一次的流体流路内の対応し且つ 異なる範囲の流体の流量に対する少なくとも２つの二次的流路を画成する手段と 、 前記二次的流路の各々が前記一次的流体流路と平行に且つ該一次的流体流路と 流体連通状態に配置され、 前記第二の流路の１つと関連付けられた流量範囲内にて前記一次的流路内を流 体が流れることにより、流体が前記一次的流路内の流量に対して且つ該流量の関 数としての量にて二次的流路内を流れるようにし、 前記二次的流路の各々に結合され、前記一次的流路内の流体の流量を各二次的 流路内を流動する流体の温度の関数として、対応する流量範囲に亙って測定する 手段を備える、質量流量トランスデューサ。 ２．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、前記一次的流体流路を画成 する前記手段が、略層状の流れとなるように前記一次的流路内の流体の流れを制 御する手段を備える、トランスデューサ。 ３．請求項２に記載のトランスデューサにおいて、略層状の流れとなるように 前記一次的流路内の流体の流れを制御する前記手段が、前記一次的流路内に配置 された層状流要素を備える、トランスデューサ。 ４．請求項３に記載のトランスデューサにおいて、前記層状流要素が、前記一 次的流体流路内に少なくとも１つの層状流通路を発生させる手段を備える、トラ ンスデューサ。 ５．請求項３に記載のトランスデューサにおいて、前記層状流要素が前記流れ 要素の周囲に円筒状の層状流路を発生させる手段を備える、トランスデューサ。 ６．請求項３に記載のトランスデューサにおいて、前記層状流要素が前記流れ 要素の周囲にら旋状の層状流路を発生させる手段を備える、トランスデューサ。 ７．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、少なくとも２つの二次的流 路を画成する前記手段が、二次的流路の各々が前記一次的流路内の流体の異なる 流量範囲に対応するように前記流路を画成する手段を備え、 該トランスデューサにより測定可能である拡張した流量範囲が提供されるよう に、相違する範囲が連続的であるようにする、トランスデューサ。 ８．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、少なくとも２つの二次的流 路を画成する前記手段が、前記一次的流路内で異なる流体の流量に対応するよう に前記流路を画成する手段を備え、 二次的流路の各々が、異なる流量範囲が不連続的であるように、前記一次的流 路内の流体の異なる流量範囲に対応するようにした、トランスデューサ。 ９．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、少なくとも２つの二次的流 路を画成する前記手段が、二次的流路の各々が前記一次的流体流路内の異なる流 体の流量範囲内に対応するように前記二次的流路の各々に対して異なる流路長さ を画成する手段を備える、トランスデューサ。 １０．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、少なくとも２つの二次的流 路を画成する前記手段が、二次的流路の各々が前記一次的流体流路内の流体の異 なる流量範囲に対応するように前記二次的流路の少なくとも１つにおける流体の 流量を修正する手段を備える、トランスデューサ。 １１．請求項１０に記載のトランスデューサにおいて、二次的流路を画成する前 記手段が、該二次的流路の各々に対して同一の流路長さを画成する手段を備える 、トランスデューサ。 １２．請求項１０に記載のトランスデューサにおいて、流体の流量を修正する前 記手段が、流れ制限手段を備える、トランスデューサ。 １３．請求項１２に記載のトランスデューサにおいて、前記流れ制限手段が、前 記二次的流路内に配置された少なくとも１つの流体透過性部材を備える、トラン スデューサ。 １４．請求項１に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記流量範囲が前 記流体透過性部材の流体透過性の関数である、質量流量トランスデューサ。 １５．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、前記二次的流路が互いに平 行に配置される、トランスデューサ。 １６．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、前記二次的流路が順次、配 置され、前記二次的流路の各々が一次的流体流路内の特定の点と平行に且つ該特 定の点と流体連通状態に配置される、トランスデューサ。 １７．請求項１に記載のトランスデューサにおいて、対応する流量範囲の全体に 亙って前記一次的流路内の流量を測定し得るように前記二次的流路の各々に結合 された前記手段が、前記二次的流路の各々と関連付けられた電気回路を備え、該 回路の各々が、対応する二次的流路内の流体と熱連通する少なくとも１つの温度 応答型要素を備え、 対応する二次的流路内の流体の流量が前記要素により測定された温度の関数で あり、 前記測定温度の関数として且つ該測定温度に応答して一次的流体流路内の流体 の流量を示す電気信号を提供する手段を備える、トランスデューサ。 １８．一次的流体流路と、該一次的流体流路と平行に且つ該一次的流体流路と流 体連通状態に配置された少なくとも１つの二次的流路とを有し、前記二次的流路 と関連付けられた流量範囲にて流体が前記一次的流路内を流れることにより、流 体が二次的流路内にて前記一次的流路内の流量に関して且つ該流量の関数として の流量にて流動するようにした質量流量トランスデューサにおいて、 前記二次的流路と関連付けられた流量範囲を設定し得るように前記二次的流路 内に配置された流れ抵抗手段を更に備える、トランスデューサ。 １９．請求項１８に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記流れ抵抗手 段が、前記二次的流路内に配置された少なくとも１つの流体透過性部材を備える 、質量流量トランスデューサ。 ２０．請求項１９に記載の質量流量トランスデューサにおいて、前記流量範囲が 前記流体透過性部材の流体透過性の関数である、質量流量トランスデューサ。