CN100402988C - 流量测定装置 - Google Patents

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Abstract

一种流量测定装置，在被测定流体流动的流路(4)的壁面设有流量传感器(22)，在流路传感器(22)的下游侧设有具有极小剖面流路(17)的部件，该部件与设有流量传感器(22)的位置的流路(4)的剖面相比具有极小的剖面。

Description

流量测定装置
技术领域
本发明涉及测定在流路内流过的流体的流量的流量测定装置。
背景技术
现有的流量测定装置中，在形成于主体上的流路的壁面上部安装流量传感器，在该流量传感器的上游侧介由衬垫以一定间隔配置有整流用的多个网，同时，在流量传感器的下游侧也配置有网。流量传感器使其检测面面临流路配置，基于对应非测定流体的流速的电压计算流量并将其输出。
在流量测定装置的流路中流过的流体理想的是，在流路剖面的任意位置流动的方向和大小相同的同样流动(稳定流)。但是，实际的流体未必是稳定流，在流路剖面的各位置，流动的方向和大小不同，产生偏差，或内有漩涡(非稳定流)。这是由于，连接于流量测定装置上游侧或下游侧的配管的弯曲，或泵的排出状态造成的波动及速度发布的偏差、流体的粘度、密度等各种原因。
为减少这样的流体的紊流，在特公平6-43907号公报中提案有在整流用金属网的后方流路中设置节流部的流量测定装置。参照图22的概略图说明设有这样的节流部的流量测定装置，其在流路101的上游侧介由衬垫102设有多个整流用网103，在该网103的后方朝向设有流量传感器104的流路101形成节流部105，流量传感器104的下游侧形成扩大部106，在该扩大部106上设有网107。
但是，如专利文献1的流量测定装置，即使在流量传感器104的上游侧设有多个整流用网103和节流部105，也不能充分发挥其功能，流动不能完全被整流化。例如，由于在连接于该流量测定装置上游侧的配管上有箭头107所示的弯曲等，故当流入速度分布紊乱的流体时，该紊乱不能被整流用金属网103和节流部104抑制，而继续流到下游侧，在流量传感器104的位置，在流路的上方流动变缓，在下方变快。其结果是，流量传感器104输出比平均流量小的流量。
发明内容
本发明是鉴于这种问题点而构成的，其目的在于提供一种流量测定装置，其抑制流路剖面的流速的紊乱，高精度地进行可靠性高的流量测定。
本发明提供流量测定装置，包括：被测定流体流动的主流路；设于该主流路壁面的流量传感器；以及配置于该流量传感器的下游侧并具有与所述主流路相比剖面小的流路的部件，所述具有与主流路相比剖面小的流路的部件，其开口率大于0、并在6.25％以下。
在此，极小剖面流路是指与设有流量传感器的位置的流路的剖面相比，具有极小的剖面的流路。例如，具有极小剖面流路的部件可构成具有作为极小剖面流路而贯通的孔的有孔板。
可在具有所述极小剖面流路的部件的上游侧设置网。
根据本发明，在被测定流体流动的流路的壁面设有流量传感器，且在该流量传感器的下游侧设有具有极小剖面流路的部件，因此，具有抑制流路剖面的流速的紊乱，可高精度地进行可靠性高的流量测定的效果。
附图说明
图1是本发明的流量测定装置的立体图；
图2是图1的流量测定装置的剖面图；
图3是图2的流量测定装置的流路的概略图；
图4a、图4b及图4c是表示用于确认本发明效果的第一试验结果的输出电压相对于流量的变化的图表；
图5a、图5b及图5c是表示用于确认本发明效果的第二试验结果的输出电压相对于流量的图表；
图6a、图6b及图6c是表示用于确认本发明效果的第三试验结果的输出电压相对于流量的图表；
图7a、图7b、图7c、图7d及图7e是表示用于确认本发明效果的第四试验结果的输出电压相对于流量的图表；
图8a、图8b及图8c是在用于确认本发明效果的第五试验中使用的有效板的正面图；
图9是表示第五试验结果的输出电压相对于流量的图表；
图10a、图10b及图10c是在用于确认本发明效果的第六试验中使用的有效板的正面图；
图11是表示第六试验结果的输出电压相对于流量的图表；
图12a及图12b是在用于确认本发明效果的第七试验中使用的有效板的正面图及侧面图；
图13是表示第七试验结果的输出电压相对于流量的图表；
图14a、图14b、图14c及图14d是表示有孔板的孔的配置的其它形态的立体图；
图15a、图15b及图15c是表示有孔板的孔的形状的其它形态的立体图；
图16a、图16b及图16c是表示有孔板的外形和孔的形状及配置的其它形态的立体图；
图17a及图17b是表示使用了以两张为一组的有孔板的其它形态的剖面图；
图18a、图18b、图18c及图18d是表示有孔板的孔的轴向剖面形状的其它形态的剖面图；
图19a、图19b、及图19c是表示有孔板的面形状的其它形态的剖面图；
图20是表示具有极小剖面流路的部件的其它形态的侧面图；
图21是表示具有极小剖面流路的部件的其它形态的立体图；
图22是现有的流量测定装置的流路的概略图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1是本发明的流量测定装置的分解立体图，图2是其剖面图。基座1是由树脂或金属等构成的长方体，在两端面一体突设有六边螺母状的连接部2、3。在基座1的内部形成有贯通纵向的流路4。流路4的剖面在本实施例中为圆形，但不限于此，可采用矩形等任意形状。
上述基座1的流路4形成有：位于中央的主流路部5、在该主流路5的上游侧比主流路5的直径大的整流部6、比该整流部6的直径更大的铆接部7、比该铆接部7的直径更大的入口开口部8，在所述主流路5的下游侧还形成有：比主流路部5的直径大的整流部9、比该整流部9的直径更大的铆接部10、比该铆接部10的直径更大的出口开口部11。
在上游侧的整流部6上顺序收纳有四组网状的整流器12和环状的衬垫13。位于最上游侧的衬垫13的端部与整流部6和铆接部7的分界的端面14共面，通过按压该端面14，使该端面14的局部变形，将衬垫13固定。在下游侧的整流部9上收纳网形状的整流器12和环状的衬垫13，同时，在该衬垫13的下游侧收纳有具有比主流路部5的剖面小的极小剖面流路的部件15和环状的衬垫13。位于最下游侧的衬垫13的端面与上游侧相同，与整流部9和铆接部10的分界的端面共面，通过按压该端面16，使该端面16的局部变形，将衬垫13固定。
具有上述极小剖面流路的部件15由在中心形成有比主流路部5的直径极小的圆形孔17的板构成(下面将具有该极小剖面流路的部件称为有孔板15)。该有孔板15在本实施例中与基座1分体，但也可以与基座1构成一体。衬垫13的固定不限于铆接，可采用使用粘接剂的固定、使用其它部件的螺丝固定、及其它任意的固定结构。各衬垫13的内径与主流路部5同径。因此，基座1的流路4从上游侧的铆接部7到下游侧的铆接部10，除有孔板15之外，为相同直径。
在基座1的外面形成有凹部18并且在该凹部18的底部形成窗口19，在该窗口19的周围形成有圆形的台阶部20。介由设于台阶部20上的O环21在凹部18上利用螺丝23安装有流量传感器22。O环21防止主流路部5中流动的流体泄漏到流量传感器22的外侧。流量传感器22是将具有引线24的传感器芯片25固定于支承板26上的传感器，该传感器芯片25的检测面介由窗口19面临主流路部5。在流量传感器22的上方利用螺丝28安装有基板27。上述流量传感器22的引线24贯通基板27，通过焊接等与基板27上的电路电连接。在基板27上安装连接器29，可介由该连接器29向外部输出信号。在基板27的上方，将盖30安装在基座1上。在盖30上形成有上述连接器29露出的孔31。
下面，说明上述结构构成的流量测定装置的动作。
流入图2的基座1的入口开口部8的气体通过上游侧网状的四个整流器12被整流，然后，流动向主流路部5，通过下游侧网状的整流器12和有孔板15，从基座1的出口开口部11流出。在主流路部5中流动的气体的流速由流量传感器22检测，该流量传感器22的检测信号介由基板27的连接器29输出到外部。
若流入基座1的入口开口部8的气体的流动为稳定流，则主流路部5内各位置的流速大致均匀，流量传感器22检测的流速显示大致平均流速。但是，如图3所示，由于在与流量测定装置连接的配管上有弯曲32等的原因，在气体为非稳定流的情况，该非稳定流通过四个整流器12，将速度分布以某种程度整流，即使进入主流路5内，也会产生偏流和紊乱。但是，由于在主流路5的下游侧存在极小流路剖面的有孔板15，故主流路部5上游侧的偏流和紊乱的流动流向有孔板15的孔17内，因此，进行整流化，以抵抗该急速的压力损失。其结果是，流量传感器22检测的流速表示大致平均流速，即使为非稳定流，也可以高精度地测定可靠性好的流量。
本发明者为确认本发明的效果而进行了各种试验。作为试验装置，将上述结构的流量测定装置连接于配管中，使稳定流和非稳定流的气体通过，测定其流量。另外，作为比较的现有例，将拆下孔板15后的上述结构的流量测定装置同样连接于配管中，使稳定流和非稳定流的气体通过，测定其流量。流量测定装置中，主流路部5的直径D使用4mm、6mm、10mm三种。从流量传感器22的检测面中心到有孔板15上游侧的端面的距离L是，主流路部5的直径D为4mm的装置为29.45mm，主流路部5的直径D的装置为6mm的装置为15.4mm，主流路部5的直径D为10mm的装置为15.4mm。另外，有孔板15由铝构成，板厚t为0.8mm，孔径d使用1mm、1.5mm、2.5mm、3.5mm四种。使流量从0变化到20L/min。
试验1(D＝4mm)
在无有孔板的现有例中，如图4a所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为比实线所示的稳定流的情况低的值，在本发明中，在具有d＝1.5mm的有孔板15的情况，如图4b所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为接近实线所示的稳定流的情况的值。另外，在具有d＝1.0mm的有孔板15的情况，如图4c所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为与实线所示的稳定流的情况大致相同的值。
试验2(D＝6mm)
在无有孔板的现有例中，如图5a所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为比实线所示的稳定流的情况低的值，在本发明中，在具有d＝1.5mm的有孔板15的情况，如图5b所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为接近实线所示的稳定流的情况的值。另外，在具有d＝1.0mm的有孔板15的情况，如图5c所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为与实线所示的稳定流的情况大致相同的值。
试验3(D＝10mm)
在无有孔板的现有例中，如图6a所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为比实线所示的稳定流的情况低的值，在本发明中，在具有d＝3.5mm的有孔板15的情况，如图6b所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为大致接近实线所示的稳定流的情况的值。另外，在具有d＝2.5mm的有孔板15的情况，如图6c所示，虚线所示的非稳定流的情况的流量传感器的输出电压被测定为非常接近实线所示的稳定流的情况的值。
整理以上试验的结果，如表1可知，在本发明的流量测定装置中，在L/D相同时，有孔板15的开口率s/S越小，非稳定流的测定结果越好。另外，在有孔板15的开口率(s/S)相同时，L/D越大，非稳定流的测定结果越好。
试验结果
Figure C20048000876300091
本发明者使用与上述试验相同的试验装置，以相同的试验要领进行了为明确分别改变有孔板15的位置L(从流量传感器22的检测面中心到有孔板15上游侧端面的距离)、孔17的形状、板厚t时的波动流下的流量与输出电压的关系的试验。
试验4
首先，在试验4中，使用板厚t为0.8mm，孔径为1mm的有孔板15，测定使该有孔板15的位置L从5mm改变为270mm时的流量和输出电压。如图7a～图7d所示，在有孔板15的位置L为5mm时，在流量小于和等于1L/min的区域，输出电压有变动，但在有孔板15的位置L达到150mm时，流量传感器22的输出电压比虚线所示的现有的无有孔板15的情况高，测定接近实线所示的稳定电流的值，表示降低波动影响的效果。但是，如图7e所示，当有孔板15的位置L超过150mm时，在某流量域，流量传感器22的输出电压比虚线所示的现有的无有孔板15的情况低，测定从实线所示的稳定流偏离的值，减少降低波动影响的效果。从该试验4看到，距有孔板15的流量传感器22的设定位置在L＝10mm～150mm，即L/D＝2.8～37.5的宽范围具有降低波动影响的效果，非稳定流的测定结果良好，但当有孔板15过于接近流量传感器22时，测定值产生变动，当过远时，没有降低波动影响的效果。
试验5
在试验5中，如图8a～图8c所示，测定在距流量传感器22为L＝30mm的位置上设置的板厚(t＝0.8)及总的剖面积(相当于直径1mm)相同但有具有不同形状的孔(直径0.35mm的八个圆孔、一边0.89mm的四边孔及直径1mm的圆孔)的三种有孔板15的情况的流量和输出电压。如图9所示，即使使用三种有孔板15，流量传感器22的输出电压也具有完全相同的倾向，降低波动影响的效果。通过该试验5可知，若有孔板15的孔的总的剖面积相同，则降低波动影响的效果不受孔的个数和形状影响。
试验6
试验6除改变有孔板15的孔的总的剖面积以外，与试验5相同。即，如图10a～图10c所示，测定在距离流量传感器22为L＝30mm的位置设置的板厚(t＝0.8)及总的剖面积(相当于直径1.5mm)相同但具有不同形状的孔(直径0.53mm的八个圆孔、一边1.33mm的四边孔及直径1.5mm的圆孔)的三种有孔板15的情况的流量和输出电压。如图11所示，即使使用三种有孔板15，流量传感器22的输出电压也具有完全相同的倾向，降低波动影响的效果。但是，其与试验5相比，降低波动影响的效果减小。根据试验5和试验6，若有孔板15的孔的总的剖面积相同，则降低波动影响的效果不受孔的个数和形状的影响，但总的剖面积越小，降低波动影响的效果越大。
试验7
试验7中，如图12a及图12b所示，测定在距流量传感器22为L＝30mm的位置设置的孔的形状·大小(圆孔、直径1mm)相同但具有不同板厚(0.2mm、0.8mm、2.0mm)的三种有孔板15的情况的流量和输出电压。如图13所示，即使使用板厚不同的三种有孔板15，流量传感器22的输出电压也具有完全相同的倾向，降低波动影响的效果。根据该试验7，若有孔板15的孔的形状·大小相同，则降低波动影响的效果不受板厚影响。
在上述实施例中，作为有孔板15使用了在中央形成有一个圆形孔17的装置，但也可以如图14a所示使一个圆形孔偏心，还可以如图14b、图14c所示形成多个圆形孔，或如图14d所示形成配置成网状的多个孔。另外，有孔板15的孔17的形状不限于圆形，如图15a～图15c所示，也可以形成三角或四边、或配置成网状的多个六边形的孔。另外，主流路的剖面形状也不限于圆形，如图16a～图16c所示，也可以为四边形或除此之外的形状。
上述有孔板15不限于一张，也可以如图17a所示，重叠两张，或如图17b所示，通过衬垫将两张以一定间隔分开。有孔板15的孔17的轴向的剖面形状也不限于直线，也可以使用，如图18a所示相对于流路的轴线倾斜的形状、如图18b所示通过蚀刻从两侧形成的形状、如图18c所示通过蚀刻从一侧形成的形状、如图18d所示从两面或一面倒角加工的形状。有孔板15的面形状不限于平面，也可以为如图19a所示向上游侧突出的球面，如图19b所示向下游侧突出的球面。另外，有孔板15不限于有刚性的塑料和金属，也可以使用如图19c所示，可改变流动方向的橡胶等具有可挠性或弹性的材料。
具有本发明的极小剖面流路的部件不限于上述实施例的有孔板15，也可以使用，如图20所示内部具有非直线状连续的多个流路的海绵等发泡体和烧结体，或如图21所示中央的将多个导管捆包的部件。
从以上的说明可知，根据本发明，在被测定流体流动的流路的壁面设置流量传感器，在该流量传感器的下游侧设有具有极小剖面流路的部件，因此，具有抑制流路剖面的流速的紊乱，可高精度地进行可靠性好的流量测定的效果。

Claims (16)

1.一种流量测定装置，其特征在于，包括：
被测定流体流动的主流路；
设于该主流路壁面的流量传感器；以及
配置于该流量传感器的下游侧并具有与所述主流路相比剖面小的流路的部件，
所述具有与主流路相比剖面小的流路的部件，其开口率大于0、并在6.25％以下。
2.如权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，所述部件是具有贯通的孔的有孔板。
3.如权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，在所述部件的上游侧配置有网。
4.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述孔相对于所述主流路的中心偏心。
5.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述孔由多个孔构成。
6.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述孔由网状配置的多个孔构成。
7.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述有孔板由多个板构成。
8.如权利要求7所述的流量测定装置，其特征在于，所述多个板以一定间隔分开。
9.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述孔的轴向的剖面形状相对于所述主流路的轴线倾斜。
10.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述孔是通过蚀刻从两侧或一侧形成的孔。
11.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述孔是从两面或一面进行倒角加工的孔。
12.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述有孔板是平面。
13.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述有孔板是向上游侧或下游侧突出的球面。
14.如权利要求2所述的流量测定装置，其特征在于，所述有孔板由具有可向流动方向变形的可挠性或弹力性的材料构成。
15.如权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，所述部件由在内部具有非直线状延伸的多个流路的发泡体或烧结体构成。
16.如权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，所述部件通过将多个管捆包构成。
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