JPH0219715A - 流体の流れを測定する装置 - Google Patents

流体の流れを測定する装置

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JPH0219715A
JPH0219715A JP1125489A JP12548989A JPH0219715A JP H0219715 A JPH0219715 A JP H0219715A JP 1125489 A JP1125489 A JP 1125489A JP 12548989 A JP12548989 A JP 12548989A JP H0219715 A JPH0219715 A JP H0219715A
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    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
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    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6847Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow where sensing or heating elements are not disturbing the fluid flow, e.g. elements mounted outside the flow duct

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  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

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〕 本発明は、測定すべき流体を導くことができる管、骸骨
の選択した位置における温度を変える装置、該選択位置
の上流および下流の流れの中のある位置における温度を
測定する検出器、測定温度の値から媒体の流量を決定す
る装置、または測定温度の値を別個の決定装置へ供給す
る装置を含む、流体の流れを測定する装置に関する。
〔従来の技術〕
特に気体の流量を測定するため構成された、前記型式の
流量計は、米国特許第3.650,151号に開示され
ている0周知の流量計の作動は、流れがないとき、選択
位置における温度の変動が前記位置に関して対称に位置
する2つの部分に沿って管に沿う一定で等しいが、逆の
温度勾配を原理的に生じさせる事実、および管の前記温
度プロフィールが気体の貫流の影響を受けて移行すると
いう現象に基づいている。移行の程度は流量を指示する
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の流量計は、液体の流量を測定するのに適していな
く、殆ど適していない、気体または蒸気の熱容量に比較
して液体の熱容量が大きいことを考慮すると、周知の流
量計は、流量が大きすぎない場合のみ機能することがで
き、またそのような場合でさえ不十分にしか機能しない
、流量は、内部の流量を測定すべき大きい導管に断面積
の小さいバイパスとして流量計自体を設けることにより
時には制限される。かかるバイパスにおいては、流量は
、計算可能な程度まで主導管におけるよりは少ない、し
かしながら、問題は、液体中の空気または蒸気の泡の存
在、およびバイパスおよび主導管などにおける粘度の相
違により失敗がしばしば起こることである。
液体または蒸気の流量が最小、例えば1時間当たり数立
方センチの程度の流量のときに、周知の流量計は、適正
に機能することができない。
本発明の目的は、上記の不利益を生じることなく、液体
および気体の双方の流量を測定するのに適当な流量計を
提供することである。
〔課題を解決するための手段、作用及び効果〕上記目的
は、管がそれに対して概ね直交した方向に骸骨の一部分
から他の部分または骸骨から離れた熱導体へ熱を伝達す
るようにした材料の層に固定されているか、または埋め
込まれている前記型式の流量計により達成される。
本発明の詳細な説明において、管の選択位置において、
温度が管を前記位置において適当な手段により加熱する
結果として上昇することを便宜上、仮定する。しかしな
がら、本発明の教示は、選択位置において冷却される管
を有する装置にも適用可能である。唯一の関連の特徴は
、一方で管の初めと終りの端と他方で前記選択位置との
間に温度差がある必要があることである。
従来の装置と異なり、本発明による装置は、骸骨に対し
て直交した等しく、かつ逆の熱の流れであって、骸骨の
中の媒体の流量に比例する熱の流れを温度変動の箇所に
対して対称に位置した前記部分に生じさせる手段を備え
ている。
本発明による装置において、管を据え付ける熱伝達材料
は、熱が選択位置の下流の管の部分から上流の管の部分
へ伝達されるのを確実にする。したがって、静止した流
体では、理想的な場合、管の初めのところから最も熱い
箇所(選択位置)まで概ね直線状の線に沿って延び、こ
こから同様な直線に沿って終りのところまで減少する温
度プロフィールが作られる。流体が管を通って流れると
き、該温度プロフィールは理想的な場合の直線に対して
僅かに移るが、熱の流れが熱伝達材料の層を通って管に
対して概ね直交して流れるために、温度プロフィールは
概ね直線状である。移行の程度は流量を指示する。
本発明による装置の好適実施例において、管はU字形の
形状を有し、熱伝達材料はU字形の脚の間に設けられ、
U字形の基部は温度を変える前記選択位置として選択さ
れている。
流体が管を通って流れるとき、常に温度差が生じるから
、状況は理想的な場合と同じではない。
これは、第一に基本的に直線状の温度プロフィールの端
において表わされる。管自体における流れのため、これ
らの端において吸収される熱はもはや放出される熱と完
全には等しくない。したがって、温度プロフィールの線
形性は端において影響を受ける。この問題は、高い熱伝
達率の材料の導管が鎖管に対して、または鎖管の大部分
に対して離隔し平行な関係に配設され、また前記材料の
層に接続されていることを特徴とする本発明による装置
の好適実施例においては回避される。
かかる熱伝達性の導管または案内線状体の作動は容易に
理解される。管が加熱される箇所から前記案内線状体を
介して端まで連続した熱の流れがある。この流れは、熱
伝達材料の層および管自体を通る管に平行な流れよりも
ずっと大きい、吸収される熱が長さdx(管に平行なX
方向、管に直交するy方向)において放出される熱に等
しくないとき、このことは、案内線状体により概ね供給
される熱移動かX方向に生じることを意味する。
案内線状体の良好な伝導により、熱伝達材料の層の中心
における温度プロフィールの変形は流れる流体の場合に
はずっと少ない、y方向において、熱伝導は案内線状体
の付加によって変化せず、このことは測定される温度差
に影響しない。
本発明による装置において、熱伝達材料の層は金属箔の
形態を有するのが適当である。
本装置の一実施例は、例えばU字形に曲げられた金属(
例えばステンレス#4)の管であり、金属箔(例えば銅
箔)がU字形の脚の間に延在し、かつ該脚を固定(例え
ば半田付けにより)しており、良好な熱伝導体の金属ワ
イヤまたは金属ストリップ(例えば銅ワイヤまたは銅ス
トリップ)が前記金属箔に固定されてU字形の脚の間の
中央で前記脚に平行に延びている。さらに、U字形に曲
げられた管を備えた実施例においては、U字形の曲げら
れた基部が金属(例えば#l)のブロックに固定され、
トランジスタが加熱要素として前記ブロックに設けられ
ているのが適当である1本発明のいくつかの実施例を添
付図面を参照して説明する。
〔実施例〕
第1図に概略的に示す装置は、例えば液体または気体の
ような流体の輸送管の一部を構成し、U字形に曲げられ
た管1を含む、U字形の管1の端部2.3は、ブロック
4に嵌め込まれ、管1を組み込んだ搬送装置に接続され
ている。作動においいて、ブロック4は隣接の装置の温
度TOを有すると仮定される。
U字形に曲げられた管1は、U字形の基部と共にブロッ
ク5に据え付けられ、このブロック5は更に前記ブロッ
ク5、したがってU字形の管1の基部の温度をT1まで
上昇させる適当な手段を備えている。
U字形の基部の両側で、鎖管から対称に離れた2つの位
置で、温度検出器7.8が鎖管1に装着され、これによ
りこれらの位置における管1の温度が測定され、適当な
導線により、図示しない処理装置へ伝達可能である。
管1はブロック4.5の間の空間の全長に沿って金属箔
9に取り付けられている。
第4図は本発明による装置の別な実施例を示し、管1の
U字形の脚の間の中央で、かつ前記脚に平行に、金属ワ
イヤまたは金属ストリップ10が金属箔9に取り付けら
れている点においてのみ第1図の実施例と異なる。この
金属ワイヤは、案内線状体の前記機能を有する。
第5a図と第5b図は第4図に示す装置の線■−Vによ
る可能な断面の変形を示す、第5a図に示す変形におい
て、管1は金属箔9に固定され、金属ストリップ10は
管の2つの部分の中央に延びている。第5b図に示す変
形において、金属箔9は弓形に曲げられ、金属ワイヤま
たは金属ストリップ10は弓形の頂部に固定されている
。金属ストリップ10から両側のU字形の脚までの距離
は等しい。
第1図または第4図に示す適当な実施例は、例えばブロ
ック4からU字形の基部までの、約6cmの長さを有す
るステンレス鋼の管を含む、管の径は約1mmであり、
肉厚は0.1mmである。
金属箔として、例えば0.1mmの銅箔を採用すること
ができ、第4図に示す案内線状体を用いるとき、約3m
mの銅ワイヤが適当である。ブロック5は銅のブロック
が適当であり、金属箔への管および案内線状体の収り付
け、またブロックへの管の取り付けは、半田付けにより
行われる。
適当な検出器7.8は、プラチナをサファイア上に置い
たプラチナ要素である。熱カラムまたは半導体装置も検
出器として用いることができる。
ブロック4と5の間の温度差は、例えば抵抗素子または
パワートランジスタのような適当な手段6によりブロッ
ク5を加熱することにより生じさせることができる。ブ
ロック5は、例えばペルチェ素子により冷却することも
できる6手段6の作動を制御する、図示しない温度検出
器をブロック4と5に設けてもよい。
第2図は管1を通る流れのない場合の、第1図と第4図
に示す装置にわたる温度プロフィールを示す、この温度
プロフィールは値To(ブロック4の温度)から値TI
  (ブロック5の温度)まで延びる直線である。Xs
においては検出器7.8が設けられている。
第3図は管1を通る媒体の流れのあるときの温度プロフ
ィールを示す0間隔の開いた2つの線は、U字形の管1
の、流れの入る方の脚(線11)および流れの出る方の
脚(線12)に沿った変動を示す、金属箔9のなめ、線
11と12は、その長さの大部分に沿って概ね直線状で
ある。この線形性は、案内線状体10を用いることによ
り増す。
検出器7.8により測定されるxoにおける温度は、貫
流の場合、流量に比例する温度差ΔTyを示す。
第6図は本発明による装置の別な実施例を示し、この装
置は図示しない搬送装置に組み込まれた直線状の管13
を含む、接続部14.15の間の管13は、装置16か
ら離れている。接続部14゜15において、管13は、
周囲の装置16の温度TOを有する。接続部14.15
の間の中央において、管13は、第1図と第4図に示す
装置のブロック5に匹敵するブロック17に取り付けら
れている。該ブロックと骸骨に温度T1を与える、図示
しない適当な加熱または冷却手段かブロック17に設け
られている。
管13は、その接続部14.15までブロック17の両
側に延びている金属箔18に取り付けられている。案内
線状体19は、管13から平行に離隔して金属箔18に
取り付けられている。温度検出器20.21は、ブロッ
ク17の両側の対称な位置で管13に取り付けられてい
る。
この実施例において、ブロック17の上流と下流の管1
3の2つの部分にわたる温度変動は、金属箔18と案内
線状体19のため概ね線形であり、また流体の通過する
際でさえ概ね線形のままである。しかしながら、流体が
通過する際のブロック17の上流と下流の温度線は、相
互に対して移行している。移行の程度は、流量を指示し
ている。
本発明による装置の上記実施例は、特に液体用の流量計
として使用するのに適している。特に気体に用いる時に
、熱的遅れの現象が生じることがある。流量が大きいと
き、流体の熱伝導は有限であるから、明らかな熱的遅れ
が生じる。骸骨の中心から管壁まで、またその逆に熱を
伝達するには時間がかかる。この熱的遅れの問題を解決
するため、本発明による装置の管を螺旋状にすることが
できる。かかる実施例は、第7図と第8図に示される6 図示の実施例は、U字形の形状を有するコイル状の管2
2を含み、このU字形のコイル状の管22はU字形の基
部をブロック5上に、U字形の脚をブロック4の頂部に
取り付けている。U字形の脚は導管25.26に接続さ
れ、管22は導管25.26と共に搬送導管装置に組み
込まれている。
例えば、パワートランジスタのような加熱素子6はブロ
ック5に取り付けられている。
コイル状の管22の脚は、波形の金属箔24に固定され
ている。案内線状体23はU字形の脚の間の中央で金属
箔24に収り付けられ、かつ平行な関係で螺旋状にされ
ている。管22と案内線状体23の間の距離は、したが
って任意の箇所で同一である。
この実施例の作動は、第2図と第3図に間して述べたよ
うに、第4図に示す実施例のものと同じである。
【図面の簡単な説明】 第1i2Iは本発明による装置の実施例の概略の頂面図
、第2図は流れのないときの理想的な場合の温度プロフ
ィールを示す図、第3図は流れのあるときの概ね理想的
な場合の温度プロフィールを示す図、第4図は本発明に
よる装置の別な実施例の、第1図に類似の図、第5a図
と第5b図は第4図の線V−Vによる可能な断面の変形
を示す図、第6図は更に別な実施例を示す概略の図、お
よび第7図と第8図は更に別な実施例の概略の頂面図お
よび州立面図である。 符号の説明、 1・・・U字形の管 2.3・・・U字形の管の端部 4.5.17・・・ブロック 6・・・パワートランジスタ 7.8.20.21・・・温度検出器 9.18.24・・・金属箔 10・・・金属ストリップ 13・・・直線状の管 14.15・・・接続部 19.23・・・案内線状体 22・・・コイル状の管 2526・・・導管

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)測定すべき流体を導くことができる管、該管の選
    択した位置における温度を変える装置、該選択位置の上
    流および下流の流れの中のある位置における温度を測定
    する検出器、および測定温度の値から流体の流量を決定
    する装置を含む、流体の流れを測定する装置において、
    該管がそれに対して概ね直交した方向に該管の一部分か
    ら他の部分または該管から離れた熱導体へ熱を伝達する
    ようにした材料の層に固定されているか、または埋め込
    まれていることを特徴とする流体の流れを測定する装置
  2. (2)該管がU字形の形状を有し、該熱を伝達する材料
    がU字形の脚の間に設けられ、U字形の基部が温度を変
    えるための前記選択位置として選択されていることを特
    徴とする請求項1記載の流体の流れを測定する装置。
  3. (3)高い熱伝導率を有する材料の導管が該管に対して
    、または該管の大部分に対して離隔し平行な関係に配設
    され、また前記材料の層に接続されていることを特徴と
    する請求項1または2記載の流体の流れを測定する装置
  4. (4)該熱を伝達する材料の層が金属箔の形態を有する
    ことを特徴とする請求項1、2または3記載の流体の流
    れを測定する装置。
  5. (5)該管がU字形に曲げられた金属の管であり、金属
    箔がU字形の脚の間に延在し、かつ該脚を固定しており
    、良好な熱伝導体である金属のワイヤまたはストリップ
    がU字形の脚の間の中央で前記脚に平行に前記金属箔に
    固定されていることを特徴とする請求項1記載の流体の
    流れを測定する装置。
  6. (6)U字形の該管の曲げられた基部が金属のブロック
    に固定され、加熱材料としてトランジスタが前記ブロッ
    クに設けられていることを特徴とする請求項2記載の流
    体の流れを測定する装置。
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