JPH01291117A - 渦周波数流量計 - Google Patents

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 あ 本発明は、渦周波数流量計で／っで、流量を測定すべき
媒体のための流路を有する管路部と、その発生周波数が
媒体の流速に比例する渦を発生するための、流路内に配
置された渦発生体と、渦によって生ぜしめられる圧力変
化に応答するセンナ少なくとも１つとを備えており、該
センサが中空室内に配置されており、該中空室が閉鎖可
能な通路によって流路と接続されている形式のものに関
する。

従来技術 本発明はカルマン渦の原理を利用した流量計測の分野に
属する。カルマン渦原理によれば適切な渦発生体が抵抗
として乱流に対置された場合にこの渦発生体から周期的
に１かっ位置的に交互に、渦が発生する。この渦発生お
よびこれを基因とする圧力変化の周波数は流速に比例す
る。

このような流量計の実際の運転では、圧力変化に応答す
るセンサを、これを内部に配置した中空室から掃除、保
守または修理のために取出す必要が生じる場合がある。

その場合にも中空室がこれを流路と接続する通路によっ
て流れる媒体の圧力に曝され続け、かつ場合によっては
流れ媒体が中空室を介して流出することもあることを回
避するためには、通路を閉鎖可能に構成することが米国
特許第４５６４６６８号明細書から知られている。この
ためには渦発生体内にこの渦発生体の全長にわたって延
びた中空室が構成され、この中空室が通路を介して流路
と接続される上部内でセンサを受容しており、下部内に
はピストン状の閉鎖部材が支承され、この閉鎖部材がば
ねによってセンサの端部へ押圧されている。センサを中
空室から取出した場合にはばねの緊張が除かれ、この場
合にばねはピストン状の閉鎖部材を中空室内を上方へ移
動させる。このときにピストン状の閉鎖部材は通路を通
り越し、センサが中空室から完全に取出された場合には
このピストン状の閉鎖部材は、通路を介して流路と接続
された中空室部分を外部から遮断する。センサを中空室
内へ再び挿入すると、このセンナがピストン状の閉鎖部
材をばねの力に抗して下方へ押圧する。この公知の渦周
波数流量計ではぎストン状閉鎖部材の閉鎖方向の移動は
センサ取出しの間にばね力によってのみ行なわれるので
、沈着物を生じる流れ媒体の場合には閉鎖部材が引っφ
ノかって、流路と外部空間との接続が断た゛れない危険
が存在する。

ばね力は比較的小さくなければならない、さも時 ないとばね力がセンサ挿入Ｚに大き過ぎる抵抗をもたら
し、これはセンサの精確な挿入を妨げ、かつ傷つき易い
センサでは機械的な損傷の危険を生せしめるからである
。更には流路とセンナを受容した中空室との間の接続の
遮断は、センサを取出さなければできない。センサが既
に一部中空室から引出されて初めて通路が閉鎖され、か
つ通路はセンサの挿入中に既に開かれることも欠点と見
ることができる。最後にこの公知の解決手段は、その内
部にセンサ並びにピストン状の閉鎖部材およびばねを受
容するのに十分な横断面と長さを持った中空室全形成す
ることのできる大きさの渦発生体を備えた渦周波数流量
計にしか適さない。このように大きな渦発生体は大きな
定格幅の、すなわち大きな直径の流路を有する渦周波数
流量計でしか得られない。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、センサ取出しとは無関係に通路の確実
な閉鎖が可能であり、小さな定格幅に対しでも好適であ
る、冒頭に記載の形式の渦周波数流量計を見出すことで
ある。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、通路を閉
鎖するために操作部材によって外部から調節移動可能な
遮断部材が設けられていることである。

発明の効果 本発明による渦周波数流量計では、流路を、センサを受
容する中空室へ接続する通路を中空室内のセンサの有無
に関係なしに操作部材によって開閉することができる。

閉鎖力は操作部材へ用いられる力によって決められるが
、この力はばねの力に限定されず、また例えば沈着物を
基因とする抵抗がある場合に任意の大きさにすることが
できる。センサの取出しを始める前に通路を完全に閉鎖
することができ、かつセンサが完全に中空室内へ挿入さ
れてから通路を再び開くことができる。このよ５にして
こわれ易いセンサも機械的に傷つけることなしに容易に
、かつ精確にまだ閉じられた状態の中空室内へ挿入する
ことができる。

本発明は、渦発生体が内部にセンサと遮断部材を受容す
るのに十分な中空室を形成し得る程大きな横断面を持っ
ている、比較的大きな定格幅の渦周波数流量計にもま几
センサを受容する中空室が管路部の壁内に形成された、
比較的小さな定格幅の渦周波数流量計にも好適である。

実施例 第１図に縦断面図で示された渦周波数流量計１０は管路
部１２を有し、管路部は導管（図示せず）内に接続され
ているので、流量を測定すべき媒体は管路部１２の円筒
形の流路１４内を矢印７によって示される方向へ流れる
。管路部１２内には渦発生体１６が、流れ方向に対して
横方向に、流路１４内を直径方向に延びるように取付け
られている。渦発生体１６は両端で管路部１２の内面に
例えば溶接によって固定されている。渦発生体１６は角
柱であり、その横断面は第２図、第３図の断面図から判
るようにほぼ台形であり、この角柱の、台形の大きい方
の底辺に当る面が上流に向き、流れ方向に対して垂直に
位置している。周知のようにこの形状の渦発生体は流れ
る媒体中でカルマン渦を発生する。カルマン渦は渦発生
体の下流側に２つの平行な渦列路を形成するが、一方の
渦列路の渦は他方の渦列路の渦とは交互に現れる。媒体
の流速の計測は、各渦列路内の連続した温間の距離が広
範囲の流速にわたって殆ど一定であることに依拠する。

したがってカルマン渦の発生周波数は流速に比例する。

渦周波数流量計１０は、カルマン渦の発生周波数を示す
電気信号を発生するよ５に構成されている。電気信号を
発生するためには、渦が等しい周波数で圧力変化を惹起
するという事実を利用する。渦周波数流量計１０はセン
サアセンブリ１８を備え、このセンサアセンブリは渦に
よって生じた圧力変化に応答し、かつこの圧力変化の周
波数に依存する電気信号を発生する。

渦発生体１６の上部内には円筒形の中空室２０が形成さ
れており、この中空室は渦発生体の端部を基点にして軸
方向にその全長の一部分にわたって延びている。孔２２
が管路部１２の壁を貫通して中空室２０に対して同軸的
に延び、この孔は中空室２０と゛同一の直径を有してい
る。

渦発生体１６には通路が形成されており、通路は流れ方
向に対して横方向に角柱の側面から中空室２０へ連通し
ている。第１の１対の通路２４が中空室２０の下端近く
に設けられ、第２の１対の通路２６がその上方に間隔を
置いて中空室２０の上端近くに設けられている。通路２
４．２６は第１図に破線で示されているように円形横断
面を有していてよい。

センサアセンブリ１８は管路部１２の外部に固定された
センサ支持体２８を備え、このセンナ支持体には圧力変
化に応答するセンサ３０が、これが孔２２を通って渦発
生体１６の中空室２０内へ突入し、かつその自由端が下
方の通路２４の高さにほぼ位置するように取付けられて
センサ３０の部分は下端の閉じられたセンサスリープで
あってよく、センサスリープに渦によって生ぜしめられ
る圧力変化（これは通路２４゜２６によって中空室１２
内へ伝達される）によって振動させられ、センサスリー
プの内部に配置された振動センサ（図示せず）がセンサ
スリープの振動を電気信号に変換する。この電気信号は
圧力変化と同一の周波数を有し、ケーブル３２を介して
評価装置（図示せず）へ伝達される。

振動センサは公知の方法で圧電センサまたは容量式セン
サとして構成することができる。

渦周波数流量計１０の別の主要な構成部材として遮断部
材３４が設けられている。遮断部材は遮断ブシュ３６を
備え、遮断ブシュは端部で操作部材３８と結合されてい
る。遮断プシュリ ３６は下端で閉じられた中空シ〆ンダであり、孔２２を
通り中空室２０内へ挿入されている。

遮断ブシュ３６の外径は中空室２０の直径に等しく、そ
のために遮断ブシュはほぼ遊びなしに、しかし回転可能
に中空室２０内に配置され、かつ遮断ブシュ３６の長さ
は、閉鎖下端部が操作部材３８を管路部１２の外面に当
付けたときに中空室２０の底部まで到達するように設計
されている。遮断ブシュ３６内には２対の半径方向の通
路４１と４２が、遮断ブシュ３６を中空室２０内へ挿入
したときにこれらの通路４１゜４２が渦発生体１６の通
路２４もしくは２６の高さに位置するよ５に設けられて
いる。シール部材４４が管路部１２の壁の外面に形成さ
れた環状みぞ内に挿入され、遮断ブシュ３６の、操作部
材３８と結合された端部を包囲している。

センサ３０自体は遮断ブシュ３６の中空内部へ挿入され
ている。センナの外径は遮断ブシュ３６の内径よりも小
さいので、センサ３０と遮断ブシュ３６との間には環状
の中間室４６が得られる。センナ３０の下端は、センサ
３０を完全に遮断ブシュ３６内に挿入すると遮断ブシュ
３６の底部から距離を置いて位置する。操作部材３８と
、これに当付ｙしたセンサ支持体２８部分との間にはシ
ール部材４８が配置され、このシール部材は操作部材３
８の上面の環状みぞ内に挿入されている。

各部材が第１図と第２図に示された位置を取っている場
合には、遮断ブシュ３６の通路４０と４２は渦発生体１
６の通路２４，２６に対して９００ずらされている。こ
の位置では遮断ブシュ３６は流路１４と中空室２０との
接続を中断しているので、流れ媒体は流路１４から中空
室２０内へ流入することができない。したがって渦によ
って生じる圧力変化（第２図に矢印Ｐによって示されて
いる）は中空室２０内へ突入したセンサ３０へ作用しな
い。すなわち渦周波数流量計１０は遮断部材３６のこの
位置では作動中にない。流れ媒体を流出させずにセンサ
アセングリ１８を流量計から取外し、このときにセンサ
３０を中空室２０から抜取ることが可能である。このよ
うにして渦発生体１６を分解する必要なしに、かつ流路
１４内の媒体の流れを中断する必要なしにセンサにおい
て保守または修理の作業を行なうことができる。

センサアセンブリ１８が流量計１０内に正確に再び組入
れられ、その結果センサ３０が第１図に示された位置を
取ると、簡単な方法で、遮断ブシュ３６を９０°回転さ
せて通路４０を通路２４と、同様にして通路４２金通路
２６と合致する、第６図に示された位置へもたらすこと
により流量測定を始めることができる。遮断ブシュ３６
のこの位置では流れ媒体は流路１４から通路全通って中
間室４６内へ流入することができ、かつ渦によって生じ
る圧力変化はセンサ３０に作用して、センサを第６図に
両方向矢印によって示されているように振動させる。

遮断ブシュ３６の回転は操作部材３８を用いて例えば手
で行な５ことができる。一方の管路部１２または渦発生
体１６および他方の遮断部材の適切な位置にストッパを
設けて、遮断部材の９０°−の回転運動を規定すると有
利である。

センサ３０が一定の最小直径を持っているので、第１図
から第３図による実施例は主として内部に遮断ブシュ３
６に加えてセンサ３０を受容し得る中空室２０のための
場所を提供し得る、はぼ十分に大きな渦発生体１６を備
えた、比較的大きな定格幅（流路１４の直径）を持つ流
量計に好適である。小さな定格幅の流量計では渦発生体
はきわめて小さいので、セ／すを内部に取付けることに
もはやできない。次に小さな定格幅の流量計に好適であ
る実施例について記載する。

第４図から第９図に示された渦周波数流量計５０は管路
部５２を備え、管路部の流路５４内には渦発生体５６が
取付けられている。渦発生体５６は中実であり、下端に
円筒形の付加部５８を有している。付加部は管路部５２
の壁内の孔内に例えば溶接によって固定されている。

センサアセンブリは第４図から第９図には省略して示さ
れていない。この実施例ではセンサ受容のための中空室
６０は渦発生体５６の内部にではなく、渦発生体の軸線
の延長上の管路部５２の壁内に設けられ、壁はこの箇所
で中空室６０の十分な軸方向の長さが得られるように肉
厚部５３を有している。中容室６０は渦発生体５６に隣
接する下方範囲に上方の範囲の直径よりも若干大きな直
径を有し、かつこの大きな直径の範囲内にブシュ６２が
挿入されている。このブシュの内径は中空室６０の上方
範囲の小さな直径に等しい。ブシュ６２には２つの互い
に直径方向で向合ったスリット６４が形成され、スリッ
トはブシュの下部からその全長の大部分にわたって上方
へ延びている。これらのスリット６４は流れ方向に対し
て垂直に位置した、流路５２の直径平面内に位置する。

渦発生体５６の上端には板状のつげ６６が一体に形成さ
れ、このつばはブシュ６２と等しい直径を有していて、
しかも中空室６０の拡大された範囲内にブシュ６２の下
方に配置されている。つげ６６の周縁には２つの互いに
直径方向で向合った切欠き６８が、これらがスリット６
４の軸方向延長上に位置するように設けられている。

ブシュ６２とつば６６の互いに対面した端面間Ｖこに遮
断部材として回転可能な遮断板７０かに 譚入され、この遮断板はブシュ６２並ぴちば６６と同一
の直径を有している。遮断板７０の周縁には２つの互い
に直径方向で向合つ几切欠きγ２が設けられ、これらの
切欠きはっば６６の切欠き６６と同一の形状を有してい
る。遮断板７０はこれらの切欠き７２間の外周の一部分
にわたって歯部７４を有しく第６図、−第９図）、この
歯部に管路部５２の壁の孔７８内に縦方向移動可能に支
承されたランク７６の歯部が噛合っている。し友がって
ランク７６の移動によって遮断板７０は制限さ几た角度
だけ回転せしめられる。

第４図、第５図、第６図では遮断板７０がランクγ６に
よって調節されて、その切欠き７２がつば６６の切欠き
６８およびブシュ６２のスリット６４と一列に整列して
いる。各部材のこの位置では流れ媒体は流路５４から切
欠き６８゜７２並びにスリット６４を通って中空室６０
内へ流入し、かつ渦によって発生する圧力変化が中空室
６０内にあるセンサ（図示せず）に作用することができ
る。

それとは異なり第７図、第８図、第９図では遮断板７０
はランク７６によって回転せしめられて、その切欠き７
２がつげ６６の切欠き６８およびつば６２のスリット６
４ともはや一列に並んでいない。したがって遮断板７０
は流路５４と中空室６０との間の接続を断ち、その結果
流れ媒体は流路５４から中空室６０内へ流入することが
できず、また渦によって生じる圧力変化も中空室６０内
へ伝達されない。遮断板７０のこの位置ではセ／サアセ
ンデＶｔ取外すことができ、しかもその際に流れ媒体が
流出する危険はない。

第１０図から第１３図には第４図から第９図の実施例の
変更形が示され、この変更形では互いに一致する部材は
第４図から第９図のものと同一の符号で示され、改めて
記載されていない。

第１０図からｉ１３図の実施例は第４図から第９図の実
施例とは次の点でのみ相違しているニー　遮断板７０と
ラック７８が省略され、かつつば６６がブシュ６２の下
端に直接当接している； −渦発生体５６が管路部５２内の円筒形の付加部５８に
よって回転可能に支承されている、回転は円筒形の付加
部５８に取付けられた操作部材８０を用いて例えば手で
行なうことができ、シール部材８２が所要のシール作用
を行なう。

この実施例ではっば６６が遮断部材を構成している。渦
発生体５６が第１０図、第１１図に示さ几た位置を取る
場合には（この位置で渦発生体はカルマン渦を発生させ
るための正しい位置を取る）、つげ６６の切欠き６８は
ブシュ６２のスリット６４と一列に並び、そのために流
れ媒体は流路５４から中空室６０内へ流入でき、かつ渦
によって生じる圧力変化は中空室６０内へ伝達される。

それとは異なり渦発生体がこの位置から９００回転せし
められて、第１２図、第１３図に示された位置を取った
場合には、切欠き６８はスリット６４からずらされ、そ
のために流路５４と中空室６０との間の接続は断交れる
。渦発生体５６のこの位置ではセンサアセンブリを取外
すことができ、しかもその際に流れ媒体が流出すること
はない。

図面から判るように、第４図から第１６図の実施例では
センサ受容のための中空室６０の横断面は渦発生体の横
断面と等しいオーダを持ってもよく、または後者よりも
大きくてもよい。

したがってこの実施例は小さな定格幅を持つ流量計に特
に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による渦周波数流量計の
縦断面図、第２図は遮断部材が遮断位置にあるときの第
１図の■−■線に沿つｔ断面図、第６図は遮断部材が開
放位置にあるときの第２図と同一の図、第４図は遮断部
材が開放位置にあるときの、本発明による第２の実施例
による渦周波数流量計の縦断面図、第５図は第４図の■
−ｖ線に沿つ九断面図、第６図は第４図のＶＩ−ＶＩ線
に沿った部分断面図、第７図は遮断部材が遮断位置にあ
るときの第４図の渦周波数流量計の縦断面図、第８図は
第７図の■−Ｖｌ線に沿った断面図、第９図は第７図の
ＩＸ−ＩＸ線に沿った部分断面図、第１０図は遮断部材
が開放位置にあるときの、本発明の第３の実施例にの よる渦周波数流量計ｖｔ〆縦断面図、第１１図は第１０
図のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図、第１２図は遮断部材
が遮断位置にあるときの第１０図の渦周波数流量計の縦
断面図、第１３図は第１２図のｘｎｒ　−ｘｍに沿つ次
縦断面図である。 ｉｏ、ｓｏ・・・渦周波数流量計、１２．５２・・・管
路部、１４．５４・・・流路、１６．５６・・・渦発生
体、１８・・・センサアセンデＩＪ、２０．６０・・・
中空室、２２・・・孔、２４，２６，４０，４２・・・
通路、２８・・・センサ支持体、３０・・・センサ、３
２・・・ケーブル、３４・・・遮断部材、３６・・・遮
断ブシュ１．３８．８０・・・操作部材、４４，４８゜
８２・・・シール部材、４６・・・中間室、５３・・・
肉厚部、５８・・・付加部、６２・・・ブシュ、６４・
・・スリット、６６・・・つば、６８．７２・・・切欠
き、７０・・・遮断板、７４・・・歯部、７６・・・ラ
ック、７８・・・孔。 手続補正書（方式） 平成１　年５月２３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、渦周波数流量計であつて、流量を測定すべき媒体の
   ための流路を有する管路部と、その発生周波数が媒体の
   流速に比例する渦を発生するための、流路内に配置され
   た渦発生体と、渦によつて生ぜしめられる圧力変化に応
   答するセンサ少なくとも１つとを備えており、該センサ
   が中空室内に配置されており、中空室が閉鎖可能な通路
   によつて流路と接続されている形式のものにおいて、通
   路を閉鎖するために操作部材によつて外部から調節移動
   可能な遮断部材が設けられていることを特徴とする、渦
   周波数流量計。 ２、遮断部材が回転可能である、請求項１記載の渦周波
   数流量計。 ３、中空室が渦発生体の内部に配置されており、通路が
   渦発生体内に形成されており、かつ遮断部材が中空室内
   に回転可能に配置された中空円筒形の遮断ブシユであり
   、この遮断ブシユの壁に開口が設けられ、これらの開口
   が遮断ブシユの回転によつて通路と合致する位置または
   合致しない位置へもたらされるようになつている、請求
   項２記載の渦周波数流量計。 ４、中空室および通路が環状体内に設けられており、か
   つ遮断部材が中空室の端部を閉鎖する円形部材であり、
   該円形部材が開口を有しており、該開口が円形部材の回
   転により通路と合致する位置または合致しない位置へも
   たらすことができるように構成されている、請求項２記
   載の渦周波数流量計。 ５、遮断部材が板であり、該板が管路部の壁内の中空室
   の端部に回転可能に支承されていて、しかも外部から操
   作可能な伝動装置によつて調節移動可能である、請求項
   ４記載の渦周波数流量計。 ６、伝動装置がラックを備えており、該ラックが板に形
   成された歯部に噛合つている、請求項５記載の渦周波数
   流量計。 ７、渦発生体が管路部内に回転可能に支承されており、
   かつ遮断部材が渦発生体の端部に取付けられたつばによ
   つて形成され、このつばに開口が設けられ、該開口が渦
   発生体の回転によつて通路と合致する位置または合致し
   ない位置へもたらすことができるように構成されている
   、請求項４記載の渦周波数流量計。 ８、渦発生体のつばとは反対側の端部に円筒形の付加部
   が取付けられ、該付加部が管路部壁の孔内で回転可能に
   支承されており、かつ操作部材が管路部の外部で上記の
   円筒形の付加部の端部に取付けられている、請求項７記
   載の渦周波数流量計。