(57)【要約】  縮小口径渦流量計および流量計本体は、流体流入導管の上流部分に直列に結合可能な流入口を含む。流入口は、導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に真っ直ぐにつながり、中央穴は渦発生体を収容する。中央穴は、導管の下流部分に結合可能な流出口に通流可能に結合される。流入口は、下流方向に対して第１の角度で配置された第１の壁部と、下流方向に対して第２の角度で配置された第２の壁部とを含む段付きまたは構造内壁を有する。第２の角度は第１の角度よりも大きく、第１および第２の壁部は実質的に凹形の軸方向断面を形成する。段付き取入口は、比較的広い流量範囲で速度プロファイル誤差の低減および／または渦発生体までの縮流の拡大を行うことによって流量測定値の直線性を改善する。
2009524058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体を通して下流方向に移送するプロセス流体流入導管内で使用するように適合された渦流量計本体であって、
前記導管の上流部分に直列に結合されるように構成される管状流入口と、
前記導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に真っ直ぐにつながる前記流入口と、
前記中央穴内に配置される渦発生体と、
管状流出口に通流可能に結合される前記中央穴と、
前記導管の下流部分に結合されるように構成される前記流出口と、
前記下流方向に対して第１の角度で配置される第１の壁部と、前記下流方向に対して第２の角度で配置される第２の壁部とを含む段付き内壁を有する前記流入口と、
を備え、
前記第２の角度は前記第１の角度よりも大きく、前記第１および第２の壁部は実質的に凹形の軸方向断面を形成する
ことを特徴とする渦流量計本体。
【請求項２】
請求項１に記載の前記流量計と、
前記渦発生体によって発生される渦を検出するために配置される検出部材と、
前記渦発生体によって発生される渦の周波数を検出し、前記流量計本体を通って流れる前記プロセス流体の流量を計算するために前記周波数を使用するように配置されるトランスミッタとを備える
ことを特徴とする渦流量計。
【請求項３】
前記段付き内壁は、前記第２の壁部から前記渦発生体に向って下流に拡大する横方向の縮流部分を発生するように寸法と形状が定められる
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項４】
前記縮流部分は、前記第２の壁部から前記渦発生体までの軸方向距離の少なくとも７５％まで拡大する
請求項３に記載の渦流量計本体。
【請求項５】
前記横方向の縮流部分は、前記縮流部分の速度の約５０％またはそれ以下の速度で流れるプロセス流体によって規定される間隔の領域内に配置される
請求項３に記載の渦流量計本体。
【請求項６】
前記第２の角度は、少なくとも約１５°、最大約９０°である
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項７】
前記第２の角度は、少なくとも約２０°、最大約７０°である
請求項６に記載の渦流量計本体。
【請求項８】
前記第２の角度は、少なくとも約４５°、最大約６５°である
請求項７に記載の渦流量計本体。
【請求項９】
前記第２の壁部は、前記中央穴で終わる
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項１０】
前記中央穴は、前記下流方向に平行な壁によって規定される
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項１１】
前記第１の角度は、約０°〜約２０°の範囲内にある
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項１２】
前記第１および第２の壁部は切頭円錐形である
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項１３】
上流フランジ、中間部、および下流フランジを備え、前記流入口は、前記上流フランジと前記中間部の上流端とを含む
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項１４】
前記中間部は、前記中央穴と前記第２の壁部を備える
請求項１３に記載の渦流量計本体。
【請求項１５】
前記上流フランジと前記中間部は、これらの接触位置の外面で半径方向に溶接によって固着される
請求項１３に記載の渦流量計本体。
【請求項１６】
前記管状流出口は、切頭円錐形である
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項１７】
前記中央穴の動水半径（ＨＲ）と、前記渦発生体と前記第２の壁部の間の軸方向距離（Ｄ）との比ＨＲ：Ｄは、約１：２〜１：５の範囲内にある
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項１８】
前記比ＨＲ：Ｄは、約１：２．５〜１：３．５の範囲内にある
請求項１７に記載の渦流量計本体。
【請求項１９】
前記中央穴の前記横方向断面寸法は、０ｘ、１ｘ、２ｘ、３ｘ、または４ｘからなるグループから選択される縮小によって導管の横方向断面寸法に対して縮小される
請求項１に記載の渦流量計本体。
【請求項２０】
プロセス流体を下流方向に移送する流入導管内の流体流量を測定する方法であって、
（ａ）前記導管の上流部分に直列に管状流入口を結合するステップであって、前記流入口は、前記下流方向に対して第１の角度で配置される第１の壁部と、前記下流方向に対して第２の角度で配置される第２の壁部とを含む段付き内壁を有し、前記第２の壁部は前記第１の壁部の下流に配置され、前記第２の角度は前記第１の角度よりも大きく、前記第１および第２の壁部は実質的に凹形の軸方向断面を形成するステップと、
（ｂ）前記導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に流入口を結合するステップであって、前記中央穴は該中央穴に配置された渦発生体を有するステップと、
（ｃ）前記中央穴を管状流出口に結合するステップと、
（ｄ）前記流出口を前記導管の下流部分に結合するステップと、
（ｅ）前記プロセス流体を、前記導管を通して下流に移送するステップと、
（ｆ）前記移送中に前記渦発生体によって剥離される渦の周波数を測定するステップとを含む
ことを特徴とする流体流量測定方法。
【請求項２１】
プロセス流体を通して下流方向に移送するプロセス流体流入導管に使用するように適合された渦流量計本体であって、
前記導管の上流部分に直列に結合されるように構成される管状流入口と、
前記導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に真っ直ぐにつながる前記流入口と、
前記中央穴内に配置される渦発生体と、
管状流出口に通流可能に結合される前記中央穴と、
前記導管の下流部分に結合されるように構成される前記流出口と、
第２の壁部の上流に配置される第１の壁部を含む前記流入口であって、前記第２の壁部はその上流の流体の流れに対して前記プロセス流体の流れを乱すように構成される流動撹乱部を有する前記流入口とを備える
ことを特徴とする渦流量計本体。
【請求項２２】
プロセス流体を通して下流方向に移送するプロセス流体流入導管内に使用される多変数縮小口径渦流量計であって、
請求項２に記載の渦流量計と、
前記プロセス流体の温度データを生成するように配置される温度センサと、
前記渦発生体下流のプロセス流体の圧力データを生成するように配置される圧力センサとを備える
ことを特徴とする渦流量計。
【請求項２３】
前記トランスミッタは、前記温度および圧力データを収集するように構成される多変数トランスミッタを備える
請求項２２に記載の渦流量計。
【請求項２４】
プロセス流体を通して下流方向に移送するプロセス流体流入導管内で使用するように適合される渦流量計であって、
前記導管の上流部分に直列に結合されるように構成され、前記導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に真っ直ぐにつながる管状流入口と、
前記中心穴内に配置される渦発生体と、
管状流出口に通流可能に結合された前記中央穴と、
前記導管の下流部に結合されるように構成される前記流出口と、
前記下流方向に対して第１の角度で配置される第１の壁部と、前記下流方向に対して第２の角度で配置される第２の壁部とを含む段付き内壁を有する前記流入口と、
前記第２の角度は、前記第１の角度よりも大きく、前記第１および第２の壁部は実質的に凹形の軸方向断面を形成する角度であり、
前記渦発生体によって発生される渦を検出するために配置される検出部材と、
前記渦発生体によって発生される剥離渦の頻度を検出し、前記渦流量計本体を通って流れる前記プロセス流体の流量を計算するために配置されるトランスミッタと、を含む渦流量計本体を備える
ことを特徴とする渦流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願として、本出願は２００６年１月１９日に出願された「段付き取入口を有する縮小口径渦流量計」と題する米国仮特許出願第６０／７６０，２１２号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は流量計に関し、より詳細には渦流量計に関する。
【背景技術】
【０００３】
本出願において、様々な出版物、特許、および公開された特許出願が引用され言及される。本出願において言及される出版物、特許、および公開された特許出願による開示は、本明細書による本開示に組み込まれる。
【０００４】
渦流量計は、一般に、プロセス流体流入導管を通る流体流量を測定するためにプロセス流体流入導管内にインラインで設置される。これらの流量計は、たとえば、様々なサイズの導管の内径（ＩＤ）に適合する広範なサイズのものが入手可能である。渦流量計は、１／２、３／４、１、１．５、２、３、４、６、８、１０、または１２インチの内径を有するものを含み、規格サイズの範囲で入手可能である。
【０００５】
しかし、予想される将来の需要増加に対応するなどのために、プロセス流体流入導管が具体的なプロセスの流れの要求に対してオーバサイズに作られることが多い。このオーバサイズの結果、この導管内および適合する渦流量計の口径内の流体が望ましくない低速で流れている場合がある。低速が流量計の性能に悪影響を及ぼす可能性があることが当業者に認識される。
【０００６】
この問題に対する１つの有望な解決策は、これらの比較的大きいサイズの導管の中に円錐形テーパ付きフランジ形状のレジューサなどを有するより小型の流量計を設置することである。しかし、穴径が減少するにつれて測定の直線性が低下し、縮小口径流量計の性能特性は、多くの用途において直線性の悪化および／または所与の直線性に対する動作範囲の減少（たとえば、その動作範囲にわたって１％を超える変動）を生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、縮小口径において精度が高く比較的直線性の良い流体流量測定値が得られる渦流量計を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によると、縮小口径渦流量計本体は、流体流入導管の上流部分に直列に結合されるように構成される管状流入口を含む。流入口は、導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に真っ直ぐにつながる。中央穴の中には渦発生体が配置される。中央穴は管状流出口に通流可能に結合され、管状流出口は導管の下流部分に結合されるように構成される。流入口は、下流方向に対して第１の角度で配置された第１の壁部と下流方向に対して第２の角度で配置された第２の壁部とを含む、段付き内壁を有する。第２の角度は第１の角度よりも大きく、したがって、第１および第２の壁部は実質的に凹形の軸方向断面を形成する。
【０００９】
他の態様において、流体流量の測定法は流体流入導管の上流部分に直列に管状流入口を結合することを含み、流入口は下流方向に対して第１の角度で配置された第１の壁部と下流方向に対して第２の角度で配置された第２の壁部と含む段付き内壁を有する。第２の壁部は第１の壁部の下流にあり、第２の角度は第１の角度よりも大きく、したがって、第１および第２の壁部は実質的に凹形の軸方向断面を形成する。また、この方法は、導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に流入口を結合することを含み、中央穴はそこに配置された渦発生体を有する。中央穴は管状流出口に結合され、管状流出口は導管の下流部分に結合される。プロセス流体は導管を通して下流に移送され、渦発生体によって剥離される渦の周波数が測定される。
【００１０】
本発明のさらに他の態様において、渦流量計本体は、流体流入導管の上流部分に直列に結合されるように構成された管状流入口を含む。流入口は、導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に真っ直ぐにつながる。中央穴の中には渦発生体が配置される。中央穴は、導管の下流部分に結合されるように構成される管状流出口に通流可能に結合される。流入口は、第２の壁部の上流に配置される第１の壁部を含み、第２の壁部はその上流の流体の流れに対してプロセス流体の流れを乱すように構成される流動撹乱部を有する。
【００１１】
本発明のさらに他の態様において、渦流量計は、導管の上流部分に直列に結合されるように構成される管状流入口を有する流量計本体を含む。流入口は、導管の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴に真っ直ぐにつながる。中央穴の中には渦発生体が配置される。中央穴は、導管の下流部分に結合されるように構成される管状流出口に通流可能に結合される。流入口は、下流方向に対して第１の角度で配置される第１の壁部と、下流方向に対して第２の角度で配置される第２の壁部とを含む、段付き内壁を有する。第２の角度は第１の角度よりも大きく、したがって、第１および第２の壁部は、実質的に凹形の軸方向断面を形成する。また、流量計は、渦発生体によって発生される剥離渦の頻度を検出し、流量計本体を流れるときのプロセス流体の流量を計算するように配置されたトランスミッタを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の上記および他の特徴と利点は、添付図面に示される様々な態様に関する以下の詳細な説明を読むと一層容易に明らかになる。
【図１Ａ】本発明の実施形態の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおける線１Ｂ〜１Ｂに沿って切断された断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａおよび図１Ｂの横断立面図である。
【図１Ｄ】図１Ｂに類似する別実施例の断面図である。
【図２】図１Ｃの一部分を拡大した横断立面図である。
【図３】図１Ｂに類似する別実施例の断面図である。
【図４】図１Ａ〜図２の実施形態の例示的な試験結果のグラフである。
【図５】さらなる別実施例の試験結果を比較するグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の詳細な説明においては、説明の一部を形成する添付図面が参照され、添付図面には本発明が実施されうる具体的な実施形態が例示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるよう十分に詳しく説明されるが、他の実施形態が利用されてもよい。また、構造変更、手順変更、およびシステム変更は、本発明の主旨と範囲を逸脱することがない限り行なわれてもよい。それゆえ、以下の詳細な説明は限定的に解釈されるのではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物によって規定される。説明を分りやすくするため、添付図面に示される同様の特徴は同様の参照符号を用いて示され、図面における代替の実施形態に示される同様の特徴は同様の参照符号を用いて示される。
【００１４】
本開示において、本明細書に記載される要素に関連して使用される「軸方向」という表現は、流路および／または流路を通るプロセス溶液の下流の流れに平行な方向を指す。同様に、「横方向」という表現は軸方向に対して実質的に直角な方向を指す。本明細書において使用される「１ｘ」サイズ縮小という表現は、８インチから６インチ、または１インチから３／４インチへの口径の縮小など、１標準サイズの縮小を指す。同様に、「２ｘ」縮小は、８インチから４インチ、または２インチから１インチへの穴径の縮小など、２標準サイズの縮小を指す。さらなるサイズ縮小は３ｘ、４ｘなどと称されてもよい。「０ｘ」という表現は、流量計本体の内部寸法が様々な配管肉厚などに起因して上流の流体流入導管の内部寸法に対して縮小される「ストレート形」流量計によって提供されうるような１標準サイズ未満の縮小を指す。
【００１５】
本発明の実施形態では、プロセス流体流入導管のサイズに対して縮小されて設置される中央穴を有する渦流量計を含む。これらの実施形態は、１ｘおよび２ｘまたはそれ以上の縮小率で比較的高レベルの精度と直線性を備えることが示されている。これらの実施形態は、いわゆる「ストレート形」、すなわち、０ｘ縮小流量計など、１ｘ未満の縮小に同様に適用されてもよい。
【００１６】
本発明の態様は、通例に反して、渦発生体上流の流入口の壁に比較的急峻な遷移、すなわち、１つの構造、「段」を設けて他の従来の渦流量計に流れの撹乱を引き起こすと、サイズが縮小された流量計の流量測定値の直線性改善に役立つという発見によるものである。これによって、本発明者らは比較的広範なサイズの口径と比較的大幅なサイズ縮小とを実現すると同時に、この望ましい直線性を維持することが可能となった。０ｘ、１ｘ、２ｘ、３ｘ、４ｘ、またはそれ以上の任意の公称サイズの縮小も、本発明の教示を用いて実現されうる。
【００１７】
図１Ａ〜図２に示されるように、例示的な渦流量計９（図２）は、渦発生体２８を含む流量計本体（流管）１０、渦発生体２８によって発生される渦に関連する圧力パルスを検出するように配置された圧力センサなどの検出部材７２（図２）、および検出部材７２によって検出されるパルスを検出して処理するために検出部材７２に通流可能に結合されるトランスミッタ（プロセッサ）７０（図２）を含む。
【００１８】
図１Ａ〜図１Ｄにきわめて分りやすく示されるように、流量計本体１０は、プロセス流体が流量計本体を通って下流方向１２に移送されるように構成されたプロセス流体流入導管１４（図１Ｂ）内に配置される。流量計本体１０は、同様のサイズと形状に作られたフランジ１５（図１Ｂ）を介して導管１４の上流部分に直列に結合されるように構成されるフランジ１７を含む管状流入口１６を含む。（流入口１６の上流端の内部寸法、たとえば、直径が導管１４の内部寸法に一致することが望ましいことに留意されたい。ただし、これらの寸法は、本発明から逸脱することなく互いにずれていてもよい。）流入口１６は、導管１４の横方向断面寸法よりも小さい横方向断面寸法を有する中央穴１８に構造的、すなわち、段階的に（以下に記載される）真っ直ぐにつながる。図示された例において、穴１８は、導管１４より少なくとも２サイズ（２ｘ）小さいが、さらに小さいサイズ縮小（たとえば、０ｘ、１ｘ）またはさらに大きいサイズ縮小を有する実施形態が提供されてもよい。下流端において、中央穴１８は、フランジ１５を介して導管１４の下流部分に結合されるように構成されるフランジ２２を含む管状流出口２０に真っ直ぐにつながる。流出口２０は図示された実施形態において実質的に切頭円錐形であるが、この流出口は、本発明の範囲から逸脱することなく段付きまたは円滑形、凹形または凸形の軸方向プロファイルを含む、実質的に任意の形状で提供されてもよい。
【００１９】
前述されたように、流入口１６は、下流方向に対して第１の角度αで配置された第１の壁部２４と、下流方向に対して第２の角度βで配置された第２の壁部２６を含む、段付き、すなわち、構造内壁を含む。第１の壁部２４は、第２の壁部２６の上流に配置される。具体的な角度とプロファイルは、導管１４のサイズおよび縮小の大きさ（たとえば、０ｘ、１ｘ、２ｘなど）など、具体的な用途の態様に応じて変えられてもよい。具体的な実施形態において、角度αは０°〜約２０°のように比較的小さくてもよいが、角度βは約１５°〜９０°以上のように比較的大きくてもよい。しかし、多くの用途において、第２の角度βを約２０°〜約７０°の範囲内に保つことを望まれる場合があるが、さらに他の用途において、第２の角度βは約４５°〜約６５°の範囲内に保たれてもよい。図示された具体的な実施形態において、約７°〜１２°の範囲内の角度αと約４５°の角度βを有する例示的な２ｘ縮小（３インチから１．５インチへの）流量計本体１０が提供される。
【００２０】
図示されたような多くの実施形態において、第１の壁部２４は、たとえば、円筒プロファイルまたは切頭円錐形プロファイルで、下流方向に対して一定の角度αで配置される。ただし、第１の壁部２４は、様々な凹形、凸形、または凹凸形構成を含む、名目上いかなるプロファイルで提供されてもよい。同様に、第２の壁部は、図示されるように切頭円錐形であってもよいが、棚状プロファイル（たとえば、９０°の角度βで広がる）または曲面プロファイルの形状など、他のプロファイルが使用されてもよい。本発明の段付きプロファイルにおいて、段または他の流動撹乱構造が流入口の中に備えられる限り、名目上どんな流入口プロファイルが使用されてもよい。
【００２１】
流量計本体１０は、図１Ｂ、図１Ｃの一体型実施形態または図１Ｄの複数部品実施形態を含む１つ以上の個別部品として製作されてもよい。たとえば、流入口１６の第１および第２の壁部は、両方ともフランジ１７内に配置されてもよい。あるいは、製造可能性の観点から、図示されるように穴１８と渦発生体２８を含む他の従来の中間流管部分の上流端に第２の壁部２６を配置することが望ましい場合もある。この構造によると、フランジ１７は中間部との接触位置の外面で半径方向に位置する溶接３０によって中間部に適宜固着されうる。
【００２２】
流出口２０は、図示されるように、段付き、または従来の非段付き切頭円錐形プロファイルを含んでもよい。前述されたように、流量計本体１０は、公称サイズの任意の導管に対して、０ｘ、１ｘ、２ｘ、３ｘ、４ｘ、またはさらに大幅にサイズを縮小するように設計されてもよい。たとえば、流量計本体１０は、配管径の２ｘ縮小に対して、２”×１”、３”×１．５”、４”×２”、６”×３”、８”×４”、１０”×６”、および１２”×８”の寸法で提供されてもよい。同様に、流量計本体１０は、１ｘ縮小を提供するように１．５”×１”、２”×１．５”、３”×２”などで製作されてもよい。
【００２３】
図２に示されるように、特定の持論に拘束されない限り本明細書で開示された実施形態によって示される卓越した性能は、少なくとも一部分に段付き流入口１６を使用することによって提供され、比較的平坦または均一に分布する流量プロファイル３２を生成するものと考えられる。図示されるように、プロファイル３２の相対的平坦度は、段付き流入口１６なしで製作された他の同様の流量計本体のプロファイル３０（鎖線）と対照的である。さらに、流入口１６は、流入口１６から下流に渦発生体２８まで延びる穴１８の中に縮流部分６０を発生し、従来の縮小口径流量計に対してさらに性能を改善するものと考えられる。
【００２４】
この点に関し、渦流量計は、乱流が流れの中で凹凸のない物体（たとえば、渦発生棒２８）を通過するときに起きる剥離渦の頻度を測定することによって動作する。このような測定は、前述されたようにトランスミッタ７０と検出部材７２などによって好都合に行われる。この渦剥離周波数は、パイプ内の流体の速度、すなわち、体積流量に正比例する。流れが乱流で、かつ流量計によって測定可能なレイノルズ数の範囲内あるものとすると、渦剥離周波数は、密度、粘性、伝導性などの流体特性に無関係である。
【００２５】
体積流量Ｑは、Ｑ＝ｆＫで表される。ここで、ｆは渦剥離周波数で、Ｋは流量計較正係数、すなわち、「Ｋファクタ」である。Ｋファクタは一般に単位体積当りのパルスと定義される。したがって、単位時間当りのパルスを計数するだけで流量を測定することができる。渦周波数は、一般に、流速、プロセス流体の特性、および流量計のサイズに応じて毎秒１〜数千パルスの範囲にある。たとえば、気体の供給では、周波数が液体用途の場合よりも約１０倍高くなる傾向がある。（渦流量計は、流動密度に流速の二乗値を乗じた値に基づく流量限界を有する。したがって、気体（液体よりも低い密度値を有する）の用途では、最高速度とその結果の周波数限界は液体の用途よりもはるかに高い。）
【００２６】
Ｋファクタは、通常、流動実験室における水の較正によって、個々の流量計のメーカによって決定される。Ｋファクタは、液体、気体、および蒸気の各用途に対して名目上同じであり、水の較正から決定されるＫファクタは一般に他の流体に有効である。（ただし、基準流体（水）以外の流体に対する精度は、通常、ガスおよび蒸気の測定の場合よりも低い。）
【００２７】
多くの従来の（すなわち、非縮小口径）渦流量計の誤差は、約３０００を超えるレイノルズ数に対する流量の０．５〜１％である。レイノルズ数が低下すると、測定誤差は増加する。（１０００以下のレイノルズ数では、誤差が実際の流量の１０％に達しうる。）ただし、この誤差は穴径が縮小されるとより顕著になる傾向があり、したがって、一般的な縮小口径渦流量計は低いレイノルズ数においてさらに大きい誤差を有する。つまり、縮小口径渦流量計は、通常、±１％の所与の上限誤差において従来の流量計よりも実質的に高い最小レイノルズ数を有する。
【００２８】
前述したように、非段付き凸形流入口を有する従来の渦流量計は、比較的急峻に曲った速度プロファイル３０（図２に鎖線で示される）を発生し、流速は流入口の壁で最も低く、中心で最も高い。しかし、本発明の段付き流入口１６は形状がより平坦でまたは、より直線的な速度プロファイル３２を発生する。したがって、本発明の段付き流入口形状は、流量計を横断する（すなわち、下流方向に対して横断する）より均一な流速を発生する。この態様は、速度プロファイル誤差を抑制して動作範囲における流量計の精度、たとえば、直線性（すなわち、Ｋファクタ）を改善する傾向があるものと考えられる。
【００２９】
また、図２に示されるように、段付き流入口１６は、比較的低い流量および／またはレイノルズ数においてもせいぜい名目上の渦発生体２８まで下流に広がる縮流６０を発生する。図示されるように、縮流６０は、流量計本体の内径の半径方向内向きに離れた比較的高速の流れの一部である。この縮流６０は、間隔６２の領域を形成する低速の流体によって流量計本体の壁から分離される。この間隔６２の領域は、先行技術による非段付き構造によって形成される領域よりも、流量計本体を通じて、たとえば、図示されるように名目上の渦発生体２８まで一定に保たれるものと考えられる。
【００３０】
渦流量計は速度計であるため、特定の流量において渦発生体２８によって発生されるパルス周波数は、縮流がある場合の方がそうでない場合よりもより小さい有効径の流れ６０に起因して高くなる。したがって、得られるＫファクタ（単位体積当りのパルス）は縮流の場合の方が高い。しかし、流量が減少するにつれて縮流６０の程度は事実上消滅するまで減少し、消滅した時点で流れの有効径は増加して（間隔６２がなくなるため）、名目上、穴１８の物理的内径全体を占有する。体積当りのパルスがこの（縮流が消滅した）流れ状態で測定されると、同じ流れがここではより大きい有効断面積を占有するので流量計のＫファクタが減少する。このような変化するＫファクタは、一般に、測定性能における実質的な非直線性に対応する。本発明の段付き流入口１６は、この縮流の状態を比較的低い流量（たとえば、レイノルズ数）まで維持するため、従来の縮小口径流入口構成によって提供されるよりも均一な（そして、より正確な）測定（たとえば、Ｋファクタ）が提供されることが考えられる。
【００３１】
プロファイル３２に影響する可能性のある他の要因として、穴１８の動水半径ＨＲと、渦発生体２８と段２６の距離Ｄとの比が挙げられる。様々な実施形態において、この比ＨＲ：Ｄは、約１：２〜１：５の範囲にあってもよく、図示されるような具体的な実施形態では約１：２．５〜１：３．５の範囲内にある。この比は、プロセス流体の中心線速度（ＣＬＶ）、すなわち、流量計本体の中心線ＣＬにおける流速など、具体的な用途に関連する他のパラメータに基づいて調整されてもよい。
【００３２】
この比較的平坦な流量プロファイル３２および／または広域の縮流６０は、多変数渦流量計と関連して有用な場合がある。したがって、縮小口径多変数渦流量計を得るために、本発明の態様は、任意の温度および圧力センサ（７４、７６に鎖線で図式的に示された）と組み合わせた従来の多変数トランスミッタ（たとえば、Ｉｎｖｅｎｓｙｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．製のＦｏｘｂｏｒｏ  ＩＭＶ２５多変数トランスミッタ）の形状のトランスミッタ７０と組み合わせて縮小口径の多変数渦流量計として使用されてもよい。この多変数渦流量計は、下流フランジを通って流量計を出て行く前の渦発生棒の下流で採取されたプロセス流体の温度および圧力測定値に基づいて流量を測定し密度を計算してもよい。
【００３３】
従来の多変数渦流量計において、圧力曲線が初期の圧力損失に続いて圧力回復を示すので流量計内の圧力は一定でない。このため、様々な流速に対して圧力曲線の同じ点のできる限り近くで圧力を測定することが望ましい。この圧力の変動性は正確な測定をますます困難にする傾向がある。
【００３４】
前述されたように、速度プロファイルの不均一性は、従来の縮小口径流量計の場合に特に比較的低いレイノルズ数で悪化する傾向があることが判明している。しかし、本発明の実施形態によって提供されるより平坦な速度プロファイル３２は、流量計内の圧力変動を抑制して流速の全範囲で圧力測定精度を改善する傾向がある。したがって、本発明の段付き取入口を備えた多変数渦流量計は、従来の方法に比べて予測可能性が改善され圧力測定が安定する可能性がある。
【００３５】
図３に示されるように、本発明の代替の実施形態は図１の実施形態に実質的に似ているが、０°に近い角度α（すなわち、角度βの上流でゼロテーパ）を有している。
【００３６】
３インチから１．５インチへの２ｘ縮小を有する図１Ａ〜図１Ｄに関して、先に図示され説明された実施形態の各例が組み立てられて試験された。ここで図４を参照すると、この試験の結果（４０と４２で示される）は非段付き流入口を有する同様の流量計の試験結果（４４と４６で示される）と比較された。図示されるように、本発明による段付き流入口の例では、非段付き流量計（平均Ｋファクタ５６７．０７および５６７．６４でそれぞれ±１．２８％および１．４４％）の結果よりも実質的により直線性に優れた（平均Ｋファクタが５５５．３２および５５８．３６でそれぞれ±約０．４７％および０．６４％）結果が得られた。
【００３７】
図５に示されるように、６インチから３インチへの２ｘ縮小、７°の角度α、ならびに４５°、５５°および６５°の角度βをそれぞれ有する図１Ａ〜図１Ｄの流量計本体を使用した流量計の例が相互に比較された。このサイズの流量計本体の場合、図示されるように、５５°の段（角度β）が４５°の段よりも直線性が優れているという結果が得られたが、６５°の段ではさらに良い結果が得られており、ここでは、図示のように±１％未満の平均Ｋファクタが仮定されている。これらの試験結果は、より大きな段付き角度が比較的低い流量条件においても縮流の発生により有効であったことを示す。
【００３８】
先に開示された実施形態は０ｘ、１ｘ、２ｘなどの縮小口径サイズに言及しているが、流体流入導管の内部サイズに対する流量計本体の内部サイズの縮小は、本発明の範囲を逸脱しない限り実質的にいかなる大きさであってもよいことは理解されたい。
【００３９】
ここまで、本発明はその具体的な実施例を参照して説明されてきた。これらの実施形態には、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の主旨と範囲を逸脱することなく様々な修正と変更がなされてもよいことは明らかである。したがって、本明細書および図面は限定的ではなく例示的であると考えられるべきである。
ここまで本発明を説明してきたが、特許請求の範囲は以下の通りである。
【図１Ａ】
2009524058.tif 000003
【図１Ｂ】
2009524058.tif 000004
【図１Ｃ】
2009524058.tif 000005
【図１Ｄ】
2009524058.tif 000006
【図２】
2009524058.tif 000007
【図３】
2009524058.tif 000008
【図４】
2009524058.tif 000009
【図５】
2009524058.tif 000010
【国際調査報告】
2009524058.tif 000011