JP4007652B2

JP4007652B2 - 流量計

Info

Publication number: JP4007652B2
Application number: JP28641197A
Authority: JP
Inventors: 豊田中; 勝彦近藤
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2017-10-20
Also published as: JPH11118568A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流量計、特に気体の流量計測に好適な流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
推測式流量計の特性は、通常上流部と下流部の配管状態により大きく左右される為、上流部と下流部に整流部としての適当な長さの直管部が必要とされ、直管部の長さは流量計の口径Ｄの１０倍以上に定めている。
【０００３】
また、従来の推測式流量計では、流路に設けた単一のセンサーの信号に基づいて流量を計測している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
流量計の流量は（流速×流路断面積）で決まるので、前記従来の技術では、計測部の流路断面積に応じた整流部を上流部と下流部に設置する必要から大容量流量計の小形化に問題があった。
【０００５】
また、単一のセンサーを用いた従来の流量計では流量計測範囲がセンサーの特性によって限定されるため、流量計のレンジャビリティの拡大が制限されるという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明では従来技術の問題点を解消して、大容量でも小形化できる流量計を提供することを第１の目的とする。
そして、さらにレンジャビリティの拡大を実現することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するために、請求項１の発明は、
計測流路（３）は、配管接続部を構成する入口フランジ（１）と出口フランジ（２）の軸線Ｘ−Ｘと直交する軸Ｙ−Ｙを有する第１の円柱面（４）と軸Ｙ−Ｙに平行な軸を有する第２の円柱面（５）にはさまれた断面がドーナツ状の流路で、第１の円柱面（４）と第２の円柱面が互いに偏芯して配設されており、
第１の円柱面（４）の直径（Ф _１）は第２の円柱面（５）の直径（Ф _２）よりも小さく、かつ、第１の円柱面（４）は第２の円柱面（５）の内側に納まるように偏芯量（Ｂ）が決められ、
両円柱面同士の間にはさまれた計測流路（３）のうち、少なくとも隙間の狭い流路部（Ｈ _１部）にセンサーを設置し、このセンサーの信号に基づいて流量を計測する流量計である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記第１の目的を達成するために、請求項１の流量計において、
計測流路（３）のうち、隙間の広い流路部（Ｈ _２部）にも流量を検出するセンサーを設置したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、一方のセンサーが熱式フローセンサーで他方のセンサーが超音波センサーであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項２の流量計において、
両方のセンサーが熱式フローセンサーであることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項２の流量計において、
両方のセンサーが超音波センサーであることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を図面の実施例に基づいて説明する。
図１（ａ）（ｂ）は第１実施例の流量測定原理図で、軸線Ｘ−Ｘを有する入口フランジ１と出口フランジ２が配管接続部を構成している。
【００１３】
計測流路３は同図（ａ）に示すようにフランジ１，２に対して直交して設置され、その流路断面は同図（ｂ）に示すようにドーナツ状に形成されている。この計測流路３は、軸線Ｘ−Ｘと直交する軸Ｙ−Ｙを有する第１の円柱面４と軸Ｙ−Ｙに平行な軸を有する第２の円柱面５にはさまれた断面がドーナツ状の流路で、円柱面４と５が互いに偏心して配設されているため、両円柱面同士の隙間は狭い部分から次第に広い部分へと連続的に変化している。
【００１４】
同図（ｂ）で、符号Ｈ₁は最も狭い隙間を、Ｈ₂は最も広い隙間を示している。符号Ｂは円柱面４と５の偏心量である。なお、４ａは第１の円柱面４の軸Ｙ−Ｙが通る中心を、５ａは第２の円柱面５の軸が通る中心を示す。
【００１５】
第１の円柱面４の直径Φ₁は第２の円柱面の直径Φ₂よりも小さく、かつ第１の円柱面４は第２の円柱面５の内側に納まるように偏心量Ｂが決められ、こうして二重構造とした内部に流量計測部を設置し、フローセンサー６，７で流量を検出する。
【００１６】
フローセンサー６，７は、いわゆる流量検出センサーで、家庭用ガスメータの小流量域測定に用いられている、白金薄膜抵抗を使用した熱式流速検出素子で、このフローセンサー６，７から得られる質量流量に対応した出力を基に演算処理して体積流量を求める。
【００１７】
一般に流路断面が円形断面でない場合の流量計測部の入口と出口の圧力差（圧損）ΔＰは、円形断面の直径Ｄに相当する相当寸法をＨ、流速をＶ、管摩擦係数をｆ、流体の密度をρ、粘度をμ、流量計測部の長さをＬ、重力換算係数をｇとすると、
ΔＰ＝（４ｆρＬＶ²）／（２ｇＨ）
であらわされる。
【００１８】
従って、図１（ａ）（ｂ）のように、偏心した円柱面４，５で挟まれた隙間Ｈ₁，Ｈ₂を有する計測流路３について、隙間Ｈ₁，Ｈ₂の両部分で圧力差（圧損）ΔＰは同じであるので、隙間Ｈ₁，Ｈ₂の部分での流速をそれぞれＶ₁，Ｖ₂とすると、気体の速度比Ｖ₁／Ｖ₂は、
Ｖ₁／Ｖ₂＝（Ｈ₂／Ｈ₁）^1/2
となる。
【００１９】
Ｈ₁とＨ₂の寸法はＨ₁＝３ｍｍ、Ｈ₂＝２７ｍｍに選ぶと、Ｈ₂＝２７ｍｍの広い流路部はＨ₁＝３ｍｍの狭い流路部の３倍の流速となる。
フローセンサーの単体のレンジャビリティと測定流速が１：１０００と０．００８〜８ｍ／ｓと仮定した場合、Ｈ₂部が２４ｍ／ｓ時にＨ₁部では８ｍ／ｓの計測可能流速域となり、小流量域をＨ₂部のフローセンサー７で計測し、大流量域をＨ₁部のフローセンサー６で計測するようにすれば、流量全体の断面平均流速では約０．００８〜２４ｍ／ｓ間の１：３０００の測定が可能となり、フローセンサー単体性能の３倍のレンジャビリティの流量計測ができる。
【００２０】
長さＬの流量計測部は、二重構造とした内部に独立して設置され、安定した流れとする。そして、その計測部は流速分布の安定成長に通常必要な１０Ｄの代わりに、１０Ｈ₁又は１０Ｈ₂を用いている。
【００２１】
実施例では１０Ｈ₁＝１０×３＝３０ｍｍ、１０Ｈ₂＝１０×２７＝２７０ｍｍであるので、Ｌ＝２７０ｍｍの計測流路を接続配管部に対して直交させた位置に設置し、上流・下流の流れの悪影響を防いでいる。
【００２２】
なお、図１（ａ）で、８は上流側と下流側の間の隔壁である。
また、１０は流速分布を示し、Ｈ₁部のＶ₁に対してＨ₂部では３倍の３Ｖ₁となる。
【００２３】
図１（ａ）（ｂ）の第１実施例では、隙間の狭い流路部（Ｈ₁部）と隙間の広い流路部（Ｈ₂部）に流量を検出するセンサー６と７をそれぞれ設置したが、両円柱面４，５同士の間にはさまれた計測流路のうち、少なくとも隙間の狭い流路部のＨ₁部にセンサーを設置し、このセンサーの信号に基づいて流量を計測するようにしても良い。
【００２４】
図２（ａ）（ｂ）は、大流量測定側に超音波センサー９を設けてフローセンサー６の代わりに用いた点だけが第１実施例と異なる。こうすることで、長期安定性にすぐれた超音波センサーを大流量測定値に用いることになり、流量計としての信頼性が良くなる。一般に超音波センサーの測定範囲は０．０２〜２０ｍ／ｓと高速側にあるので、フローセンサーとの組み合わせでより効果がある。
【００２５】
例えば、フローセンサー７の計測範囲が０．００８〜８ｍ／ｓで、そのレンジャビリティが１：１０００、超音波センサー９の計測範囲が０．０２〜２０ｍ／ｓでそのレンジャビリティが１：１０００とすると、Ｈ₁：Ｈ₂＝１：９、Ｖ₁：Ｖ₂＝１：３であるので、全体としては０．００８〜６０ｍ／ｓの１：７５００となる。この場合、０．００８〜６０ｍ／ｓの６０ｍ／ｓは２０ｍ／ｓ×３から得られるものである。
【００２６】
図２（ａ）（ｂ）の実施例では、一方のセンサーに熱式フローセンサーを用い、他のセンサーに超音波センサーを用いたが、両方のセンサーを熱式フローセンサーとすることもできる。
また、両方のセンサーを超音波センサーとすることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の流量計は上述のように構成されているので、配管接続部（フランジ）間の寸法（全長）が小さくでき、流量計をその容量の割に小形化できる。
【００２８】
また、レンジャビリティの拡大ができる。
そして、請求項３の発明では、各センサーの特長を活かして、より効果的にレンジャビリティを拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の原理図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図２】本発明の第２実施例の原理図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
１，２フランジ（配管接続部）
３計測流路
４，５円柱面
６，７フローセンサー
９超音波センサー

Claims

計測流路（３）は、配管接続部を構成する入口フランジ（１）と出口フランジ（２）の軸線Ｘ−Ｘと直交する軸Ｙ−Ｙを有する第１の円柱面（４）と軸Ｙ−Ｙに平行な軸を有する第２の円柱面（５）にはさまれた断面がドーナツ状の流路で、第１の円柱面（４）と第２の円柱面が互いに偏芯して配設されており、
第１の円柱面（４）の直径（Ф _１）は第２の円柱面（５）の直径（Ф _２）よりも小さく、かつ、第１の円柱面（４）は第２の円柱面（５）の内側に納まるように偏芯量（Ｂ）が決められ、
両円柱面同士の間にはさまれた計測流路（３）のうち、少なくとも隙間の狭い流路部（Ｈ _１部）にセンサーを設置し、このセンサーの信号に基づいて流量を計測することを特徴とする流量計。
計測流路（３）のうち、隙間の広い流路部（Ｈ _２部）にも流量を検出するセンサーを設置したことを特徴とする請求項１記載の流量計。
一方のセンサーが熱式フローセンサーで他方のセンサーが超音波センサーであることを特徴とする請求項２記載の流量計。
両方のセンサーが熱式フローセンサーであることを特徴とする請求項２記載の流量計。
両方のセンサーが超音波センサーであることを特徴とする請求項２記載の流量計。