WO2007122978A1 - 防爆高温対応形マルチ渦流量計 - Google Patents

Abstract

感温センサ２１、加熱感温センサ２２は、この金属管体３６、３７が渦検出器４の管体挿通穴１９、２０に挿通された状態で溶接により液密に固定されている。Ｏリングを用いずにシール性の確保がなされている。感温センサ２１及び加熱感温センサ２２の各リード線４２及び４３は、内部空間３５において渦検出センサ１１のリード線２７と共に纏められ、そして、この纏められたリード線２７、４２、４３は金属パイプ３４を介して図示しない流量変換器側へ引き出されている。各リード線２７、４２、４３は、内部空間３５で纏められて金属パイプ３４を介し流量変換器側へ引き出される構造であることから、センサと流量変換器との取り合い部分が一つになるようになっている。このような構造によって防爆取得が容易なものになっている。

Description

明 細 書 防爆高温対応形マルチ渦流量計 技術分野

本発明は、 渦流量計の機能と熱式流量計の機能とを兼ね備えた マルチ渦流量計に関し、 詳しくは、 防爆及び高温対応形となるマル チ渦流量計に関する。 背景技術

流管に流れる被測定流体の流量を計測するために、 渦流量計や 熱式流量計が用いられている。

渦流量計は、 周知のように、 流体の流れの中に渦発生体を配設 したとき、 所定のレイノルズ数範囲では、 渦発生体から単位時間内 に発生するカルマン渦の数 （渦周波数） が気体、 液体に関係なく流 量に比例することを利用したもので、 この比例定数はス トローハル 数と呼ばれている。 渦検出器としては、 熱センサ、 歪みセンサ、 光 センサ、 圧力センサ、 超音波センサ等が挙げられ、 これらは渦によ る熱変化、 揚力変化等を検出することが可能なものになっている。 渦流量計は、 被測定流体の物性に影響されずに流量を測定できる簡 易な流量計であって、 気体や流体の流量計測に広く使用されている

(例えば、 特許第 2 8 6 9 0 5 4号公報参照） 。

熱式流量計は、 感温センサ （流体温度検出センサ） と加熱感温 センサ （加熱側温度センサ） とを備えて構成されており、 温度セン サと加熱センサの機能を有する加熱感温センサ （流速センサ （ヒー 夕） ） の温度が感温センサで計測される温度に対して一定の温度差 になるように制御されている。 これは、 被測定流体を流した時にヒ 一夕から奪われる熱量が質量流量と相関があるからであって、 ヒー 夕に対する加熱電力量から質量流量が算出されるようになっている (例えば、 特閧 2 0 0 4— 1 2 2 2 0号公報参照） 。

特閧 2 0 0 6— 2 9 9 6 6号公報には、 渦流量計の機能と熱式 流量計の機能とを兼ね備えたマルチ渦流量計の技術が開示されてい る。 マルチ渦流量計は、 微少流量から大流量まで精度よく計測する ことができ、 この点が特に他の流量計よりも優れている。 発明の開示

特開 2 0 0 6— 2 9 9 6 6号公報に開示されたマルチ渦流量計 にあっては、 感温センサ及び加熱感温センサの各金属管体が流量変 換器まで直接のびる構造であり、 また、 この構造から分かるように 渦検出器のセンサのリ一ド線が感温センサ及び加熱感温センサの各 リード線とは別に配線される構造であることから、 防爆取得が容易 でないという問題点を有している。 さらに、 0リングを用いてシ一 ル性を確保する構造であることから、 高温対応が困難であるという 問題点を有している。

本発明は、 上述した事情に鑑みてなされたもので、 防爆高温対 応形とすることが可能なマルチ渦流量計を提供することを課題とす る

上記課題を解決するためになされた請求項 1記載の本発明の防 爆高温対応形マルチ渦流量計は、 流管の流路に設けられて被測定流 体を通過させる測定管と、 前記被測定流体の流れに対向するように 前記測定管に設けられる渦発生体と、 該渦発生体により生じるカル マン渦に基づく変化を検出する渦検出器とを有する渦式検出手段を 備えるとともに、 前記流路に突出する感温センサ及び加熱感温セン サを有する熱式検出手段を備えるマルチ渦流量計において、 前記感 温センサ及び前記加熱感温センサの各金属管体を前記渦検出器の金 属容器に対し揷通状態で液密に溶接固定し、 この溶接固定した前記 感温センサ及び前記加熱感温センサの各リ一ド線と前記渦検出器の センサのリード線とを前記金属容器の内部で纏め、 さらに、 この纏 めたリード線群を前記金属容器に取り付けた金属パイプを介して流 量変換器側へ引き出すことを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、 各リード線が金属容 器内で纏められて金属パイプを介し流量変換器側へ引き出される。 センサと流量変換器との取り合い部分が一つになり、 このような構 造によって防爆取得が容易になる。 また、 本発明によれば、 感温セ ンサ及び加熱感温センサの各金属管体が金属容器に液密に溶接固定 される。 0リングを用いずにシール性の確保がなされる構造である ことから、 高温対応が可能になる。

請求項 2記載の本発明の防爆高温対応形マルチ渦流量計は、 請 求項 1に記載の防爆高温対応形マルチ渦流量計において、 前記渦発 生体に鍔部を設け、 前記感温センサ及び前記加熱感温センサの前記 各金属管体の端部を前記鍔部にて支持することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、 感温センサ及び加熱 感温センサが渦発生体によって支持される。 具体的な配置及び支持 の例としては、 感温センサ及び加熱感温センサの各金属管体が渦発 生体に対して平行となるように配置される。 また、 感温センサ及び 加熱感温センサの各金属管体の端部が渦発生体に形成された鍔部に 支持される。

なお、 後述の最良の形態の欄では、 支持位置として金属管体の 端部 （自由端部） を挙げているが、 金属管体の基端部 （被測定流体 が流れる測定管から突出する部分の基端部） に生じる集中応力が緩 和できるような位置であればこの限りではないものとする。

請求項 1に記載された本発明によれば、 防爆高温対応形とする ことができるという効果を奏する。 また、 請求項 2に記載された本 発明によれば、 大流量時における感温センサ及び加熱感温センサに 生じる集中応力を緩和することができるという効果を奏する。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の防爆高温対応形マルチ渦流量計の一実施の形 態を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照しながら説明する。 図 1は本発明の防爆高温 対応形マルチ渦流量計の一実施の形態を示す断面図である。

図 1において、 引用符号 1は本発明のマルチ渦流量計を示して いる。 このマルチ渦流量計 1は、 渦流量計の機能と熱式流量計の機 能とを兼ね備えるように構成されている。 また、 マルチ渦流量計 1 は、 防爆及び高温対応形となる構造を有するように構成されている

。 マルチ渦流量計 1は、 測定管 2、 渦発生体 3、 及び渦検出器 4を 有する渦式検出手段 5 と、 熱式検出手段 6 と、 渦式検出手段 5及び 熱式検出手段 6からの出力信号に基づいて被測定流体 （図示省略） の流速又は流量を算出する流量変換器 （図示省略） とを備えて構成 されている。 以下、 各構成について説明する。

渦式検出手段 5を構成する測定管 2は、 管断面が例えば円形状 となる筒状に形成されている。 測定管 2は、 被測定流体が流れる方 向に沿って伸びるように形成されている。 渦式検出手段 5を構成す る渦発生体 3は、 測定管 2の内部に渦を発生させるための部分であ つて、 被測定流体の流れに対向するように、 この形状が形成されて いる。

渦発生体 3は、 本形態において、 三角柱形状に形成されている (形状は一例であるものとする。 特許文献 1の特許第 2 8 6 9 0 5 4号公報には幾つかの例が開示されている） 。 渦発生体 3には、 一 端が開口した計測室 7が形成されている。 計測室 7は、 渦発生体 3 の軸方向に形成されている。 このような計測室 7には、 被測定流体 の流れに対して直交方向に貫通する導圧孔 8が形成されている。 導 圧孔 8は、 渦 （カルマン渦） による変動圧を計測室 7に導入するた めに形成されている。 渦式検出手段 5を構成する渦検出器 4は、 ステンレス鋼製の振 動管 9及びカバー 1 0と、 渦検出センサ 1 1 とを備えて構成されて いる。 このような構成の渦検出器 4には、 熱式検出手段 6が一体化 されている。 振動管 9は、 計測室 7に差し込まれる可動管部 1 2と 、 可動管部 1 2の一端に連成される受圧板 1 3と、 可動管部 1 2の 他端に連成されて測定管 2の固定部に固定される振動部取り付けフ ランジ 1 4と、 この振動部取り付けフランジ 1 4に連成される振動 管頭部 1 5 と、 振動管頭部 1 5から可動管部 1 2の上記一端近傍に かけて形成される空洞部 1 6とを有している。

可動管部 1 2は、 計測室 7の内周面に対して僅かな隙間があく ような形状に形成されている。 受圧板 1 3は、 導圧孔 8の位置に合 うように配置形成されている。 振動部取り付けフランジ 1 4には、 ボルト六 1 7が形成されている。 振動管頭部 1 5には、 カバ一 1 0 を固定するための固定部 1 8が形成されている。 空洞部 1 6には、 渦検出センサ 1 1が僅かな隙間をあけて差し込まれるようになって いる。 空洞部 1 6の外側には、 振動管頭部 1 5を貫通するような管 体揷通穴 1 9、 2 0が形成されている。 管体揷通穴 1 9、 2 0は、 熱式検出手段 6の後述する感温センサ 2 1、 加熱感温センサ 2 2の 固定のために形成されている。

渦検出センサ 1 1は、 振動管 9が受けるカルマン渦による圧力 変動を忠実に受けて電気信号に変換して流量変換器 （図示省略） へ 出力することができるように構成されている。 具体的には、 弾性母 材 2 3 と、 圧電素子板 2 4と、 電極板 2 5 と、 端子 2 6と、 リード 線 2 7と、 バネ板 2 8とを備えて構成されている。

弾性母材 2 3は、 異径の金属柱であって、 上端部 2 9と支持円 柱部 3 0とバネ取り付け部 3 1とを有している。 上端部 2 9には、 圧電素子板 2 4が貼り付けによって取り付けられている。 支持円柱 部 3 0は、 可動管部 1 2に差し込まれる部分であって、 空洞部 1 6 に対して僅かな隙間があくような形状に形成されている。 支持円柱 部 3 0の上端には、 上端部 2 9が、 また、 支持円柱部 3 0の下端に は、 パネ取り付け部 3 1が連成されている。 パネ取り付け部 3 1は 、 支持円柱部 3 0よりも小径であって、 パネ板 2 8が溶接等により 連成されている。

パネ板 2 8は、 空洞部 1 6の端部に形成される係止凹部 3 2に 挿入され、 そして、 パネ作用によって支持可能となる部分であって 、 放射状のスリ ッ ト （図示省略） が複数形成されている。 パネ板 2 8は、 係止凹部 3 2の径よりも若干大きな径となるように形成され ている。

圧電素子板 2 4は、 上端部 2 9に形成された二つの面取り部に 各々金ペース ト等の導電性接着剤を用いて貼着された圧電素子であ つて、 非貼着面には、 各々、 例えば多孔板からなる電極板 2 5が貼 着ざれている。 圧電素子板 2 4は、 端子 2 6を介してリード線 2 7 に接続されている。

カバ一 1 0は、 渦検出センサ 1 1を密封するために備えられて いる。 カバ一 1 0には、 可動管部 1 2の固定部 1 8に面接触してこ の部分に固定される固定部 3 3が形成されている。 カバー 1 0の上 部中央には、 金属パイプ 3 4が気密に取り付けられている。 金属パ イブ 3 4は、 リード線引き出し用の揷通管であって、 図示しない流 量変換器側へとのびるように形成されている。 カバー 1 0は、 可動 管部 1 2と共に金属容器を構成するものであって、 カバー 1 0が固 定部 3 3を介して可動管部 1 2の固定部 1 8に固定されると、 内部 空間 3 5が形成されるようになつている。 尚、 固定部 1 8、 3 3同 士の固定に関しては、 本形態において電子ビーム溶接が採用される ものとする （一例であるものとする） 。

熱式検出手段 6は、 感温センサ 2 1 と加熱感温センサ 2 2とを 備えて構成されている。 感温センサ 2 1及び加熱感温センサ 2 2は 、 共に既知のものが用いられている。 本形態の感温センサ 2 1は棒 状の温度センサであり、 同じく棒状の加熱感温センサ 2 2は、 温度 センサと加熱センサの機能を有する流速センサ （ヒ一夕） であるも のとする。 感温センサ 2 1、 加熱感温センサ 2 2は、 それそれ金属 管体 3 6、 3 7を有している。 感温センサ 2 1、 加熱感温センサ 2 2は、 この金属管体 3 6、 3 7が渦検出器 4の管体揷通穴 1 9、 2 0に揷通された状態で溶接により液密に固定されている （本形態に おいては真空ブレージングが採用されるものとする （一例であるも のとする） 。 0リングを用いずにシール性の確保がなされている。 従って、 高温対応が可能になるものとする） 。 溶接は、 例えば引用 符号 3 8の位置でなされている。

感温センサ 2 1及び加熱感温センサ 2 2の各感温部分 3 9は、 流管 2の流路 4 0に突出している。 感温センサ 2 1及び加熱感温セ ンサ 2 2の最先端部分は、 渦発生体 3に形成された鍔部 4 1、 4 1 によって支持されている （集中応力の緩和がなされるような構造に なっている） 。 感温センサ 2 1及び加熱感温センサ 2 2は、 渦発生 体 3に対して平行に配置されている。 感温センサ 2 1及び加熱感温 センサ 2 2は、 渦検出に影響を来さないように配置されている。

感温センサ 2 1及び加熱感温センサ 2 2の各リ一ド線 4 2及び 4 3は、 内部空間 3 5において渦検出センサ 1 1のリード線 2 7と 共に纏められている。 そして、 この纏められたリード線 2 7、 4 2 、 4 3は、 金属パイプ 3 4を介して図示しない流量変換器側へ引き 出されている。

各リード線 2 7、 4 2、 4 3は、 内部空間 3 5で纏められて金 属パイプ 3 4を介し流量変換器側へ引き出される構造であることか ら、 センサと流量変換器との取り合い部分が一つになるようになつ ている。 このような構造によって防爆取得が従来よりも容易なもの になっている。

図示しない流量変換器の機能は、 本明細書の背景技術の欄の特 許文献 3が参考になるものとする。

本発明のマルチ渦流量計 1は、 流管 2の流路 4 0を流れる被測 定流体の流れの状況に応じて渦流量計の機能と熱式流量計の機能と を使い分けることができるようになつている （すなわち、 微少流量 域や低流量域では、 熱式流量計の機能によって計測がなされ、 高流 量域では、 渦流量計の機能によって計測がなされるようになつてい る） 。

本発明のマルチ渦流量計 1は、 以上の説明からも分かるように 防爆及び高温対応形となる構造になっている。

その他、 本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施 可能なことは勿論である。

Claims

請求の範囲

1 . 流管の流路に設けられて被測定流体を通過させる測定管と、 前 記被測定流体の流れに対向するように前記測定管に設けられる渦発 生体と、 該渦発生体により生じるカルマン渦に基づく変化を検出す る渦検出器とを有する渦式検出手段を備えるとともに、 前記流路に 突出する感温センサ及び加熱感温センサを有する熱式検出手段を備 えるマルチ渦流量計において、

前記感温センサ及び前記加熱感温センサの各金属管体を前記渦検 出器の金属容器に対し揷通状態で液密に溶接固定し、 この溶接固定 した前記感温センサ及び前記加熱感温センサの各リード線と前記渦 検出器のセンサのリ一ド線とを前記金属容器の内部で纏め、 さらに 、 この纏めたリ一ド線群を前記金属容器に取り付けた金属パイプを 介して流量変換器側へ引き出す

ことを特徴とする防爆高温対応形マルチ渦流量計。

2 . 請求項 1に記載の防爆高温対応形マルチ渦流量計において、 前記渦発生体に鍔部を設け、 前記感温センサ及び前記加熱感温セ ンサの前記各金属管体の端部を前記鍔部にて支持する

ことを特徴とする防爆高温対応形マルチ渦流量計。