JPH08501885A - 流体測定センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この流体測定センはその部分の種々異なる構成及び又は配置によって流動監視装置及び又は流速センサ及び又は体積流量センサ及び又は質量流量センサ及び又は密度センサとして構成することができる。このために 流体（３）が通過する導管（１）の壁中に実際に導管縦軸線に対して垂直に挿入可能な流体測定センサが、片側で機械的に不動に導管壁に結合され、流動する流体内へ浸けられ、かつ流体から作用せしめられる力で曲げビームの形式で振れ可能な、自由端部を気密に閉鎖されている金属の外側管（５）と、外側管の自由端部に設けられた堰体（６）と、外側管（５）内に該外側管から離して不動に配置された内側管（１１）とを有し、該内側管がその外面の少なくとも一部に、絶縁されかつ内側管の軸線を含む断面平面に関して対称に配置された整数個の電極（１３，１４）を支持しており、該電極が外側管と、コンデンサを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 流体測定センサ 優先権主張 １９９３年１２月７日ヨーヨッパ出願第９３１１９６６８．７号 技術分野 本発明は、流体が通過する導管の壁中に導管縦軸線に対して実際上垂直に挿入 される流体測定センサに関する。 背景技術 ＤＥ−Ａ３６１６７７７号には、流体が通過する導管中にその縦軸線に対して 実際に垂直に挿入される、流動する流体の質量流量の測定に役立つ流量測定セン サであって、片側で機械的に不動に導管壁に結合されかつ流動する流体中に浸け られ、流体の作用で曲げビームの形式で振れる測定プレートを有し、該プレート 上に２つのコンデンサー電極が配置されており、かつ、測定プレートに対して平 行に配置された基準プレートを有し、該基準プレートがコンデンサー電極と２つ の直列接続されたコンデンサを形成する形式のものが記載されている。 ＥＰ−Ａ２６７１５号にはさらに、流体が通過する導管中にその縦軸線に対し て実際に垂直に挿入される、流動する流体の体積流量の測定に役立つ流量測定セ ンサであって、片側において回転点を有する部分で壁中に機械的に緊締され、流 動する流体中に浸けられ、かつ流体の作用で振れる振子ビームを有し、かつ該振 子ビームの自由端部に堰体を有し、該堰体から流れ衝突面が導管の縦軸線に対し て９０゜の角度に配置されている形式のものが記載されている。 最後に、ＤＥ−Ａ２４１３２４５号には、流体が通過する導管中にその縦軸線 に対して実際に垂直に挿入される流体測定センサであって、片側において壁内に 締め込まれ、流動する流体中に浸けられ、流体の作用で振れ可能な管を有し、か つ管側方に設けられた堰体を有し、該堰体から流れ衝突面が導管縦軸線に対して ９０゜の角度に配置されており、かつ管内に４つのひずみゲージが配置されてい る形式のものが記載されている。 発明の開示 本発明の目的は、流体測定センサの構成部分の種々異なる構成及び又は配置に よって、流体測定センサを、流れ監視装置、要するに流れの有無を監視する簡単 な信号発生器として、及び又は流速センサ及び又は体積流量センサ及び又は質量 流量センサ及び又は密度センサ及び又は粘性センサとして構成することができる ようにする原理を提供することにある。 本発明の要旨は、流体が通過する導管の壁中に実際に導管縦軸線に対して垂直 に挿入可能な流体測定セン サであって、 −片側で機械的に不動に導管壁に結合され、流動する流体内へ浸けられかつ流体 から作用せしめられる力で曲げビームの形式で振れ可能な、自由端部を気密に閉 鎖されている金属の外側管と、 −外側管の自由端部に設けられた堰体と、 −外側管内に該外側管から離して不動に配置された内側管とを有し、 −内側管がその外面の少なくとも一部に、絶縁されかつ内側管の軸線を含む断面 平面（平面である断面）に関して対称に配置された整数個の電極を支持しており 、該電極が外側管と、コンデンサを形成することにある。 実現すべきコンデンサに関しては、本出願人のＵＳ−Ａ４７１６７７０号明細 書においてヴォルテックス −フローメータに関連して、特にたんに２つのコンデンサを有するものに関連し て、記載されている容量センサまでさかのぼることができるが、該センサは本発 明により変形されている。さらに前記センサは流体の自由な流れ中に浸けられる ものではなく、流体入口を有する堰体の孔内に配置される。ここで、堰体で発生 した渦により流体中に生じた圧力変動が測定される。これに対して本発明では流 動する流体から堰体に直接作用する力が測定される。 本発明の有利な一構成によれば、外側管がその内面 の端部近くに１つの電極層を設けた絶縁層を支持しており、該電極層が電極とコ ンデンサを形成する。 本発明の別の有利な一構成によれば、堰体が設けられていて、該堰体から流れ 衝突面が導管の縦軸線に対して９０゜から偏れた角度で、配置されている。 本発明のさらに別の有利な一構成によれば、堰体の流れ衝突面と導管の縦軸線 とのなす角度が実際上４５°に設定されている。 別の有利な一構成によれば、４つの、特に等しい面積の電極が設けられており 、かつこの場合前記断面平面と導管縦軸線とのなす角度が４５゜になっている。 最後に、有利な一構成によれば、４つの電極が設けられており、かつ前記断面 平面と導管縦軸線とのなす角度が４５゜になっており、かつ外側管内面の端部近 くに１つの絶縁層が設けられており、該絶縁層が１つの電極層を支持し、該電極 層が前記４つの電極と、コンデンサを形成している。 次に本発明の実施例を略示した図面につき本発明を詳細に説明する。図におい て同一部分には同じ符号が付されている。 図面の簡単な説明 第１図は導管内へ挿入された流体測定センサの斜視図、 第２図は導管内へ挿入された流体測定センサのため種々異なる固定形式を示す 略示図、 第３図は流体中に浸けられた流体測定センサ部分の縦断面図、 第４図は４つのコンデンサを有する流体測定センサを下からみた図、 第５図は第３図のバリエーションの縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図には導管１の壁内へ挿入されここに片側で機械的に不動に緊締された流 体測定センサ２が斜視図で示されており、該センサの、導管１内へ曲げビーム又 はアームの形式で侵入した部分は従って、導管１を破断して示している部分から 判るように、導管１中を流れる流体３中に浸けられている。導管１の外側に流体 測定センサ２はケーシング４を有し、該ケーシング４内には流体測定センサ２か ら生ぜしめられた信号のための評価−電子装置が設けられている。 導管１中を流れる流体３は、水又はミルクのような液体、蒸気、空気のような ガス又は粉状物質であることができる。 流体測定センサ２の外部構造に関しては、第１図からさらに判るように、堰体 ６を有する金属の外側管５を有し、堰体６は外側管５の気密に閉鎖された自由端 部に設けられている。堰体６の流れ衝突面は導管１の縦軸線に対してある角度、 有利には９０°から偏れた角度に配置されている。堰体６は有利には、第１図及 び第２図から判るように、円形のプレートである。しかし堰体は２次元及び又は ３次元の別の形状を有していることも可能である。 流体３から外側管５自体及び堰体６に作用せしめられる力によってこれらの部 材は振れる。堰体６の流れ衝突角度が９０゜から偏れている場合、堰体は導管１ の縦軸線の方向から程度の差こそあれ偏れた方向へ振れる。 第２図の４つの部分図は導管１内への流体測定センサ２の種々異なる取り付け 形式及び再取り外し可能な挿入形式を示している。第２ａ図は、導管壁に設けら れたネジ山付き接続部に気密にネジ結合されるキャップナット７による取り付け 形式を示している。 第２ｂ図は第２ａ図のキャップナット７に代わる平らなプレート８を示してお り、該プレート８は導管１に設けられた対応プレートに所謂トリクランプ（Tric lamp）−継手の形式で気密に結合される。第２ｃ図は第２ａ図のキャップナット ７に代わる、ヨーロッパで慣用されているミルク管−結合部の一方の部分を示し 、その他方の対応部分は導管１にある。 最後に第２ｄ図はフランジ継手も可能であることを示し、この場合流体測定セ ンサ２にフランジ１０があり、その対応フランジは導管１にある。 流体測定センサ２のさらに別の、実質的に内側の構造は第３図〜第５図につい て説明される。第３図の第 ３ａ図は流体測定センサ２の縦断面図であり、第３ｂ図は流体測定センサ２の下 面図である。この場合それそれ堰体６は図面を見易くするため省略されている。 外側管５内には該外側管から離して内側管１１が不動に配置されており、該内 側管は外側管４の中空室１２内へ挿入され、従って外側管から内側管へ作用する 力は遮断される。内側管１１及び外側管５は有利には不銹鋼から成る。 内側管１１は直径の異なる２つの区分を有している。第１の区分１１ａは第２ の区分１１ｂよりも大きな外径を有し、該第２の区分は整数個の絶縁されたかつ 内側管１１の軸線を含む断面平面（平面である断面）に関して対称に配置された 電極１３，１４を有しており、該電極は外側管５の内周面とコンデンサを形成す る。 第３図の実施例では、図面から判るように、２つの電極が設けられている。こ れらは外側管５の振れ運動が最大である外側管５の自由端部の近くに配置されて いる。第３ｂ図の図平面に対して垂直の前記断面平面は直径線Ｘ−Ｘで示されて いる。 電極１３，１４は内側管１１の外周面に絶縁部分１５を介して設けられている 。絶縁部分１５は、電極１３，１４の例えば箔状の金属を内側管１１の区分１１ ｂ上に固定する、例えば接着剤層から成ることができる。 電極１３，１４と外側管５の内周面との間にはエアッギャプ１６が形成され、 該エアッギャプ１６の寸法は、運転時に外側管５が最大限に振れても電極１３， １４がなお外側管内周面に接しないように、設定されている。外側管５はその自 由端部のところで閉鎖体１７により密封されている。 電極１３，１４はそれぞれ１つのエアギャップ１８，１９を残して内側管１１ の第２区分１１ｂの外周面の大部分と絶縁部分１５の、リード線２０，２１が設 けられている下側端面を覆っている。リード線２０，２１は内側管１１の中空の 内部を通ってケーシング４内へ、さらにこのケーシング４内にある評価−電子装 置に通じている。 第４図には、前記断面平面に関して対称に配置された４つの電極２２，２３， ２４，２５を有する有利な一実施例の、第３ｂ図に相応する下面図である。この 構成によれば、さらに２つのギャップ２６，２７が形成され、その結果４つの電 極２２，２３，２４，２５は電気的に互いに分離されている。リード線２０，２ １及び２つのさらに別の、前記リード線に相応するリード線は図面を見易くする ために第４図では省略されている。 流体測定センサ２がこのような４つの電極を有する場合、直径線Ｘ−Ｘで示さ れている前記断面平面は、導管１の縦軸線と実際に４５゜の角度をなす。この方 向で２つの互いに向かい合った電極、例えば電極２３，２４は導管１の縦字線の 上側若しくは下側において垂直に延びており、これに対してこの縦軸線は他の両 方の互いに向かいあっている電極２２，２５と中心で交差する。 第５図は第３図の構成のバリエーションの部分的縦断面図であり、この場合外 側管５の内面は２つの電極１３，１４の共通の電極として役立つ。この共通の電 極はしかし流体測定センサの運転時には前記評価−電子装置の回路零点の電位に あり、これによりすべてのコンデンサー電極の接続は勿論制限される。 これを助成するために、第５図の構成では外側管５の内面上の端部近くに絶縁 層３１が配置されており、該絶縁層はその上に設けられた電極層３２を支持して いる。該電極層は内側管１１上に配置された電極１３，１４若しくは２２，２３ ，２４，２５と、相応するコンデンサを形成する。 電極層３２が電気的に無接触にとどまっている、要するに電位的に浮動してい る場合に特に良好な測定結果がえられることが確かめられている。しかし例外的 に必要な場合には電極層３２にリード線を設けることも可能である。 ２つの電極を有する本発明の流体測定センサは適宜の回路とともに、流体３の 流れの有無を監視することができる流動監視装置として役立つことができる。こ のような回路自体は慣用のものであり本発明の対象ではない。 これに対して、４つの電極を有する本発明の流体測定センサは、そのつど適宜 の回路とともに、流体３の流速、体積流量、質量流量、密度及び又は粘性の連続 的な測定に役立つことができる。即ち流れの作用を受ける４つのコンデンサが存 在し、これらのうちそれぞれ２つが実質的に逆の影響を受けるから、少なくとも ２つの実際上互いに無関係な信号を評価できる。このための回路はやはり慣用の ものであり、本発明の対象ではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒルト，スフェン ドイツ連邦共和国 Ｄ―79639 グレンツ アッハ ハーゼンリヒテ １ (72)発明者 レーザー，ゼーレン ドイツ連邦共和国 Ｄ―79576 ヴァイル アム ライン シュルッフゼーシュトラ ーセ ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 流体（３）が通過する導管（１）の壁中に実際に導管縦軸線に対して垂直 に挿入可能な流体測定センサであって、 −片側で機械的に不動に導管壁に結合され、流動する流体内へ浸けられ、かつ流 体から作用せしめられる力で曲げビームの形式で振れ可能な、自由端部を気密に 閉鎖されている金属の外側管（５）と、 −外側管の自由端部に設けられた堰体（６）と、 −外側管（５）内に該外側管から離して不動に配置された内側管（１１）とを有 し、 −該内側管がその外面の少なくとも一部に、絶縁されかつ内側管の軸線を含む断 面平面に関して対称に配置された整数個の電極（１３，１４）を支持しており、 該電極が外側管と、コンデンサを形成する、ことを特徴とする流体測定センサ。 ２． 外側管がその内面の端部近くに電極層（３２）を設けた絶縁層（３１）を 支持しており、該電極層が電極（１３，１４）と、コンデンサを形成することを 特徴とする、請求項１記載の流体測定センサ。 ３． 堰体を有し、該堰体から流れ衝突面が導管（１）の縦軸線に対して９０° から偏れた角度に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の流体測定セ ンサ。 ４． 堰体（６）の流れ衝突面と導管の縦軸線とのなす角度が実際上４５゜であ ることを特徴とする、請求項３記載の流体測定センサ。 ５． ４つの電極（２２，２３，２４，２５）を有しかつ内側管の軸線を含む断 面平面と導管の縦軸線とのなす角度が４５°であることを特徴とする、請求項１ 記載の流体測定センサ。 ６． 等しい大きさの面を有する４つの電極（２２，２３，２４，２５）を有す ることを特徴とする、請求項５記載の流体測定センサ。 ７． ４つの電極（２２，２３，２４，２５）を有し、かつ内側管の軸線を含む 断面平面と導管の縦軸線とのなす角度が４５゜であり、かつ外側管（５）の内面 の端部近くに設られた絶縁層（３１）が１つの電極層（３２）を支持しており、 該電極層が前記４つの電極と、コンデンサを形成することを特徴とする、請求項 １記載の流体測定センサ。 ８． 等しい大きさの面を有する４つ電極（２２，２３，２４，２５）を有する ことを特徴とする、請求項７記載の流体測定センサ。